Selenoloji ya da aybilim, Ay'ı inceleyen bilim dalına denir. Ay'ın yapısı, Dünya'nınkinden apayrıdır. Ay'ın hatırı sayılır bir atmosferi olmadığından hava durumu ve dolayısıyla ondan kaynaklanacak bir erozyon görülmez; Ay'ın levha tektoniği yoktur ve kütleçekimi, Dünya'nınkinden azdır. Küçük boyutlarından dolayı daha çabuk soğumuştur. Yüzeyinin karmaşık morfolojisi farklı süreçlerin kombinasyonuyla, bilhassa çarpma kraterleri ve volkanizmayla meydana gelmiştir. Ay farklılaşmış bir cisim olup kabuk, manto ve çekirdekten meydana gelir.
Ay hakkındaki jeolojik çalışmalar Dünya tabanlı teleskop gözlemleri, yörüngesindeki uzay araçlarının ölçümleri, Ay örnekleri ve jeofizik verilerin birleşimine dayanmaktadır. 1960'ların sonu ve 1970'lerin başında Apollo misyonları gibi Sovyet Luna programının çeşitli misyonları, birkaç yerden nümune alarak yaklaşık 380 kilogram Ay kayacı ve toprak Dünya'ya getirdi. Ay, bilinen jeolojik bağlamla örneklere sahip olduğumuz tek dünya dışı cisimdir. Dünya'da Ay'dan geldikleri kraterleri bilinmeyen bir avuç Ay meteorunun varlığı fark edilmiştir. Ay yüzeyinin önemli bir bölümü keşfedilmemiş olup bir dizi jeolojik soru cevapsız kalmaktadır.