月球重力场是指月球的重力强度和分布。月球表面的重力加速度约为1.625 m/s²，即约地球表面重力加速度的16.6%或0.166 g。月球整个表面的重力加速度差异约为0.0253 m/s²，即重力加速度的1.6%。由于重量与重力加速度为线性关系，月球上物件的重量只有地面上的16.6%。经阿波罗飞船宇宙飞船速度变化的高精度测量，对月球重力场变化进行了详细制图。环月轨道探测器测定了月球背面的重力场。发现雨海、澄海区、危海、史密斯海、湿海、洒海等都有重力正异常，其中雨海、澄海的正异常最大达220x 10⁻⁶米/秒²。正异常归因于质量大，称为质量瘤。暑湾、中央湾也与质量瘤有关。而静海区、丰富海、云海、汽海、东海则是重力负异常(质量不足)，直径100千米以下的月坑也是重力负异常。围绕环形月海的大山脉，如亚平宁山脉山，具有较小正异常(+85x 10⁻⁶米/秒²)。如果其质量完全被补偿，则异常将达+300x10⁻⁶米/秒²。因此，月壳的均衡补偿再调整将是存在的。

月球高地大致已达均衡补偿平衡，即隆起区域是有根的；意味着月壳密度比月球内部低，已发生过分异作用。奥基夫(0'Keefe,1968)计算，如果高地比月球内部轻10%，那么，它们的厚度必须达50千米。阿波罗飞船地震数据说明该解释基本是正确的。围绕撞击盆地的山环具有小的正异常，而月海却具很大未补偿正异常，说明月球岩石圈的厚度和强度随时间而增加。月球岩石圈很薄或很弱，便要使亚平宁山脉沉陷而趋近于均衡补偿平衡，但随时间的增加，通过盆地被玄武岩充填而形成高密度层，其强度便足以支撑过剩的质量。

科学家透过追踪环绕月球的航天飞机所放出的无线电讯号来侦测月球重力场。根据多普勒效应，地面无线电站可以透过侦测无线电讯号的细微改变以精确量度绕月太空船与该地面站的距离。由于月球重力场会影响太空船的轨道，科学家就能利用绕月太空船来检测月球上方的重力异常。然而，因为月球为潮汐锁定，而上述方法仅能于太空船在视线范围内时才可以使用，故初时只能量度月球正面至月球边缘为止。2012年初，重力回溯及内部结构实验室（GRAIL）使用两艘太空船来侦测月球背面的重力场。月球的重力场中可以找到质量瘤，一般皆为大型撞击坑引致的大面积正向重力异常。这些重力异常会大幅影响绕月航天飞机的轨道，故不论无人或载人任务皆需要小心把月球重力场计算在内。检视月球轨道计划的追踪数据时发现阿波罗计划之前的导航测试显示其位置误差大于可接受的数值，从此首次发现月球重力场对太空船的影响。月球的质量瘤部分源自小行星撞击月球表面后熔岩流出再凝固而做成的月海玄武岩。然而，单靠熔岩流动不能完全解释上述的重力异常，这种程度的质量瘤亦需要月壳和关于月球的资料上升才能达到。根据月球探勘者的重力模型，某些质量瘤没有火山活动的痕迹。风暴洋月海有广阔的月海玄武岩，却没有正向重力异常，而月球的质心亦与月球几何中心稍有差别，前者稍向地球偏移约2公里。