Між обертанням Місяця навколо власної осі і його обертанням навколо Землі існує відмінність: навколо Землі Місяць обертається зі змінною кутовою швидкістю внаслідок ексцентриситету місячної орбіти (другий закон Кеплера) — поблизу перигею рухається швидше, поблизу апогею — повільніше. Обертання ж супутника навколо власної осі рівномірне. Це дозволяє побачити із Землі західний і східний край зворотного боку Місяця. Це явище називається оптичною лібрацією за довготою.

У зв'язку з нахилом осі обертання Місяця до площини земної орбіти з Землі можна побачити північний і південний край зворотного боку Місяця (оптична лібрація за широтою). Разом ці лібрації дозволяють спостерігати близько 59% місячної поверхні. Явище оптичної лібрації відкрито Галілео Галілеєм 1635 року.

Також існує фізична лібрація, зумовлена ​​коливанням супутника навколо положення рівноваги в зв'язку зі зміщеним центром ваги, а також у зв'язку з дією припливних сил з боку Землі. Ця фізична лібрація має величину,0 02° за довготою з періодом 1 рік і 0,04° за широтою з періодом 6 років.