A Hold a Földhöz (és a Naprendszer nagyobb - gömb alakot felvett égitesteihez) hasonlóan differenciálódott égitest, szerkezetében geokémiailag elkülöníthető kéreg, köpeny és mag létezését figyelték meg kutatók. A mai bolygókeletkezési elméletek szerint a csillagokat övező akkréciós korongokban levő anyag folyamatos ütközések során áll össze bolygócsírákká, majd végül bolygókká. A Hold az őt a Föld testéből kiszakító ütközés, majd a Föld körüli pályára állt anyag akkréciója során rengeteg ütközést szenvedett el, amelynek során hatalmas energiamennyiség szabadult fel. Ez elegendő volt, hogy a kőzeteket megolvassza. Az ily módon folyékonnyá vált test gömb alakot tudott felvenni (az űrben, súlytalanságban minden cseppfolyós test gömb alakot igyekszik felvenni). Emellett a folyékony testben a nehezebb fajsúlyú anyagok lesüllyedhettek, míg a könnyebbek a felszínen maradtak. Később a magma elkezdett lehűlni és szilárd kéreg alakult ki a felszínen maradt könnyebb elemekből. Az Apollo-program helyszíni mintavételei a holdfelszínen olivint, és piroxéneket talált, mint a kéreg fő alkotóelemeit, alátámasztva a fenti hipotézist. Az Apollo-15 pedig anortozitot talált, egy nagyon könnyű kristályos kőzetet, amely kétségtelenné tette a szakaszos lehűlés közbeni kristályosodás és a kémiai differenciálódás elméletét. A fizikai differenciálódást - az szilárd és olvadt részek meglétét - elsősorban a felszínen végzett szeizmológiai mérésekkel támasztották alá.
Kéreg
A Hold kérge egyenetlen vastagságú. A Föld felé néző oldalon 19 km vastag (amely alig marad el a földi kéreg átlagos vastagságától), míg a túloldalon 50-60 km vastag. Kőzettani szempontból a holdtengereket főként bazalt uralja, míg a felföldeket breccsa - a becsapódások során keletkező kőzet, amely többféle kőzet és holdpor összeolvadásával jön létre a becsapódások kataklizmájában.
Köpeny
A köpeny is két részre osztható, felső köpenyre és alsó köpenyre. A felső köpeny szilárd, az alsó pedig részlegesen olvadt. A köpeny összesen kb. 1200 km vastag, ennek hozzávetőleg a fele teszik ki az olvadt részt. A felső köpeny legalsó részén pattannak ki a Hold saját rengései (havi átlagban 100 alkalommal). E rengéseket főként a Föld-Hold rendszer keringésének változásai, gravitációs hatások váltják ki. A Hold azonban szeizmológiailag rendkívül csendes égitest: a rengések összenergiája tízmilliószor kisebb, mint a Földön mért egy évi összes földrengés energiája. A rengéshullámok tanulmányozása vezetett egyébként az egyik legjelentősebb geológiai felfedezéshez, a víz szinte teljes hiányának felfedezéséhez. A rengéshullámok a különböző fizikai állapotú és kémiai összetételű anyagokban eltérően terjednek. A köpenyben a rengéshullámok alig gyengülnek, ez a magas hőmérséklet, vagy a víz hiányára utal (a rengéshullámok víz, vagy nagy hőmérsékletű közetben erőteljesen lassulnak). Azaz összességében e Hold egy geológiailag holt, víz nélküli égitest, amely jól magyarázza a becsapódásos keletkezés elméletét.
A köpeny anyaga főként oxigént, szilikátokat, magnéziumot, vasat, kálciumot és alumíniumot tartalmaz. Emellett nyomokban titánium, uránium, tórium, kálium és hidrogén is található a köpenyben. Ezen anyagok globális jelenlétét főként a Lunar Prospector és a Clementine szondák megfigyelései mutatták ki.
Mag
Az égitest magja meglehetősen kicsi. A szeizmológiai mérések maximum 450-500 km-es átmérőjű mag létezését mutatták ki. A mag a köpenyhez hasonlóan szintén két részből áll: a belső mag úgy 150-160 km-es lehet és szilárd, míg a külső mag maximum 300-350 km-es vastag, olvadt közetből álló rész. A mag főként vasból és kénből épül fel. A mag mérete meglehetősen kicsi, a bolygótest átmérőjének hozzávetőleg negyede, míg ugyanez az érték a Föld esetében 54%.
A Hold átlagos sűrűsége 3346,4 kg/m3, ezzel az Io után ez a második legnagyobb sűrűségű hold a Naprendszerben. A kőzeteinek összetétele alapvetően megegyezik a Földével, kivéve a víz szinte teljes hiányát és a relatíve kevés vas jelenlétét.