Bulan
Dalam deskripsi alam semesta karya Aristoteles (384-322 SM), Bulan menandai batas antara unsur yang bisa berubah (bumi, air, udara, dan api) dengan bintang-bintang abadi aether, pemikiran filsafat berpengaruh yang mendominasi sains selama berabad-abad kemudian. Pada abad ke-2 SM, Seleucus dari Seleucia mengemukakan teori bahwa pasang surut terjadi karena daya tarik Bulan, dan ketinggian air pasang ditentukan oleh posisi relatif Bulan terhadap Matahari. Pada abad yang sama, Aristarchus menghitung ukuran dan jarak Bulan dari Bumi, dengan jarak sekitar dua puluh kali radius Bumi. Teori ini kemudian dikembangkan oleh Ptolemy (90–168 M): ia berpendapat bahwa jarak rata-rata Bulan dari Bumi adalah 59 kali radius Bumi dan diameter 0,292 dari diameter Bumi. Angka ini hampir mendekati jarak dan diameter yang sebenarnya, yakni sekitar 60 untuk jarak dan 0,273 untuk diameter. Archimedes (287–212 SM) merancang sebuah planetarium yang bisa menghitung laju pergerakan Bulan dan objek lainnya di Tata Surya.
Bulan
Pemahaman mengenai siklus Bulan menandai awal perkembangan ilmu astronomi; pada abad ke-5 SM, astronom Babilonia telah mencatat siklus Saros 18 tahunan pada gerhana bulan, dan astronom India telah menjelaskan mengenai fenomena elongasi Bulan. Astronom Tiongkok Shi Shen (abad ke-4 SM) memberi petunjuk yang terkait dengan cara memperkirakan gerhana matahari dan bulan. Kemudian, bentuk fisik Bulan dan sumber cahaya bulan mulai diketahui. Filsuf Yunani kuno Anaxagoras (w. 428 SM) mengemukakan bahwa Matahari dan Bulan merupakan dua buah batu bulat raksasa yang menghasilkan cahaya. Bangsa Tiongkok pada masa Dinasti Han percaya bahwa energi Bulan sama dengan "qi", dan teori mereka mengenai pengaruh radiasi Bulan menjelaskan bahwa cahaya Bulan berasal dari Matahari. Jing Fang (78–37 SM) mencatat kebulatan Bulan untuk pertama kalinya. Pada abad ke-2 M, Lucian menulis sebuah novel yang mengisahkan mengenai seorang pahlawan yang melakukan perjalanan ke Bulan yang berpenghuni. Pada tahun 499 M, astronom India Aryabhata menulis dalam bukunya "Aryabhatiya" bahwa cahaya Matahari menyebabkan Bulan tampak bersinar. Astronom dan fisikawan Alhazen (965-1039) mengungkapkan bahwa cahaya matahari tidak dipancarkan dari Bulan seperti sebuah cermin, tetapi cahaya tersebut dipancarkan ke segala arah dari setiap bagian permukaan Bulan yang diterangi oleh cahaya matahari. Shen Kuo (1031–1095) dari Dinasti Song mengemukakan sebuah alegori yang mengumpamakan fenomena bersinar dan memudarnya cahaya Bulan dengan sebuah bola yang berputar; saat dibubuhi dengan bubuk putih dan dilihat dari samping, maka akan terlihat bentuk sabit.