一直以来，人们就很好奇月球上是否存在水，阿波罗任务时的测量结果显示月球上非常干燥，在2016年，我国的嫦娥三号也测量了月球地表水含量，得到了一个历史最低值，比阿波罗登月时的测量还要低两个数量级，基本说明月球表面没有水。
然而NASA最新的研究，平流层红外天文台（SOFIA）在月球南半球的一个火山口首次检测到水分子，浓度为百万分之100~412，是撒哈拉沙漠中水分含量的百分之一，但是月球上水的产生原理和储存方式还有待研究。
平流层红外天文台是一架波音747SP改装的移动式红外线天文台，能在地面15000米的上空飞行，从而最大限度降低大气层对观测结果的干扰，SOFIA能检测到水分子特有的6.1微米波长；而月球南半球的Clavius火山口是地球上能见到的最大火山口，直径225公里，此次检测到的水分子就是存在于Clavius火山口中，这一发现改变了人们对月球的看法，对未来的月球探索有着重要意义。
需要说明的是，以往人们对月球表面水分的检测，基本都是检测羟基（OH）的浓度，这种检测方式无法区分是水中的羟基还是其他分子中的羟基，只能说检测到的羟基浓度越高，存在水的概率就越大，当羟基浓度低于一定数值时，基本就可以说没有水。
嫦娥三号的登陆点在月球北半球的“雨海”区域，这是一个38亿年前形成的撞击坑，检测数据低于每立方厘米10^4个粒子，说明月球存在水的概率极低。
根据月球的形成理论，月球刚形成时绝大部分物质处于熔融状态，温度非常高，在这样的条件下，水极易蒸发逃逸，而且月球已经有超过30亿年没有大气层，液态水更不可能存在。
但是在月球两极附近，月球表面保持着较低的温度，阳光照射也很微弱，这给月球土壤锁住水分子创造了条件，也成了科学家在月球上寻找水分子的重要场所；在过去的几十年间，NASA的其他探测器在月球两极发现过水合作用的迹象，但无法区分是水分子还是其他分子。
此次SOFIA甚至还在阳光照射的位置发现水分子，研究人员认为，没有大气层的月球，水应该会流失到太空中去，那么月球上一定有某种特殊的作用锁住了水分子，或者有未知方式产生水分子，比如：
（1）落在月球表面的微陨石可能携带水分子；
（2）太阳风把氢分子传播到月球表面，与月球土壤中的氧分子发生作用产生了水分子；
（3）撞击月球表面的微陨石产生的辐射，也可能将羟基转化为水。
月球表面水分子的储存也有两种猜测：
（1）微陨石撞击的高温产生细小的孔状结构，水分子可以被这些孔状结构锁住；
（2）水分也可能储存在月球土壤之中，避免了阳光的照射。
月球是人类移民外太空的第一跳板，有着极其丰富的核聚变材料（氦-3）资源，未来月球是航天大国的必争之地，此时在月球表面发现的水分子虽然浓度非常低，但并不排除在月表之下存在更多的水，这对月球探索来说意义重大。
