Nói đến ánh trăng người ta thường liên tưởng đến màu trắng bạc và cho rằng những cảm nhận khác nhau về màu là do xúc cảm gây nên. Thật ra điều này không phải do xúc cảm, mà là do những phản ứng quang học khác nhau trong thời gian ánh trăng.
Từ thập niên 1960, các nhà thiên văn học đã sử dụng những loại phim ảnh cực nhạy để làm sáng tỏ về màu trăng. Mặt trăng chỉ hoàn toàn trắng vào ban ngày. Điều này là do màu xanh da trời được hoà vào màu vàng chính của mặt trăng.
Trong những ngày có trăng, vào buổi chiều hoặc sẩm tối, màu xanh da trời yếu đi, mặt trăng trở nên vàng hơn, và đến một lúc nào đó sẽ gẩn như vàng tuyền. Khi hoàng hôn tắt hẳn, trăng lại trở nên trắng vàng. Trong thời gian còn lại của đêm, trăng giữ màu vàng sáng.
Vào mùa Đông, trong những đêm trời quang đãng, khi trăng lên cao có vẻ trắng hơn. Nhưng khi xuống gẩn tới chân trời, trăng lại có màu đỏ và cam.
Nếu quanh mặt trăng có những đám mây hồng cam, ánh trăng chuyển sang màu lá cây pha xanh lơ. Sự tương phản màu sắc như vậy được thấy rõ hơn trong những ngày trăng lưỡi liềm. Sự tương phản giảm bớt khi trăng đẩy thêm. Nhìn qua ánh sáng nến vốn có màu sắc hơi đỏ, trăng cũng sẽ có màu xanh lá cây pha xanh lơ.
Thị giác cũng bị đánh lừa. Nếu bạn nhìn vào một đống lửa màu cam khoảng nửa tiếng, sau đó nhìn lên mặt trăng, bạn sẽ thấy nó có màu lam.
Mặt trăng cũng như Mặt trời, khi ở vị trí thấp gẩn sát đường chân trời, chúng có màu vàng cam, đôi khi đỏ sậm như màu máu. Đó là do sự khúc xạ các chùm tia sáng trong khí quyển và cũng do trạng thái của chính khí quyển.
Cũng có một trường hợp khác ánh trăng mang sắc máu. Đó là ánh trăng sau nguyệt thực. Vì ánh trăng là do sự phản chiếu ánh sáng Mặt trời. Trong thời gian nguyệt thực, Trái đất che khuất mặt trăng. Bẩu khí quyển của Trái đất phân tán tia xanh nhiều hơn tia đỏ. Trong thời gian Trái đất bắt đẩu ra khỏi vùng che mặt trăng, những tia đỏ đi đến mặt trăng nhiều hơn. Khi bắt đẩu chấm dứt nguyệt thực, mặt trăng nhận được tia đỏ nhiều hơn và phản chiếu về Trái đất một màu đỏ úa. Sau đó ánh trăng từ từ trở lại như bình thường.
Đó là những thay đổi của ánh trăng nhìn từ Trái đất. Qua sự phân tích các tia hồng ngoại và tử ngoại, các nhà khoa học còn tìm thấy những sự thay đổi màu sắc khác, ngay trên bề mặt mặt trăng. Từ những miệng núi lửa đã ngưng hoạt động từ lâu đến các vùng khác trên mặt trăng, do ảnh hưởng của các loại quặng kim loại, cũng có nơi tương đối xanh, có nơi tương đối đỏ.