月球上沒有大氣，無雨無云，能見度非常高，而且夜間的溫度低而穩定，這樣良好的物理條件對提高和擴大天文觀測的精度和范圍都非常有利，使得天文觀測系統能保持充分穩定地工作。而地面上所建的天文臺必然會受到風雨雷電等氣象因素的影響。在地面上開展觀測，只能接受來自天體的可見光、射電波和少數幾個小波段處的紅外光，包含豐富天體物理信息的絕大部分天體輻射，都被地球大氣阻擋和吸收。月球沒有空氣，沒有氣象影響，可以做到全波段觀測。月球遠離地球，沒有城市的光污染和稠密的無線電干擾，也不會因人類活動對天文觀測產生影響，月球背面永遠背對地球，因此能夠屏蔽來自地球的低頻噪音干擾，所以月球背面是建設月球天文觀測站最佳場所。

利用月球的高遠位置，可以對地球的地質構造及環境變化進行監測與研究，特別是對近地空間乃至深空小天體對地球可能構成的威脅進行監測，一旦發現有小天體（如隕石、彗星等）向地球方向運行并可能撞擊地球時，可及時利用激光或其他武器予以摧毀或改變其運行方向，從而起到保護人類的作用。