大约45亿年前，一个火星大小的，被称为忒伊亚的星子，因其轨道不稳定，最终以斜角度与早期地球相撞在一起。当时的地球已经分异出地核和地幔。这次大撞击把一部分地球地幔物质和忒伊亚物质以熔体和气体的形式抛射进入宇宙空间，其中部分物质因为地球引力作用形成环绕在地球周围的盘，而这些物质的一部分最终在洛希极限外逐步吸积形成原始月球。

“月球大撞击成因”学说经历了一个逐步发展的过程。1898年，G.H.达尔文提出，地球和月球曾经是同一个星体。但是H.杰弗里斯在1930年提出，除非存在另外的物理因素，否则由太阳的潮汐作用引起的共振，并不足以使地球地幔震动从而裂解出一部分物质形成月球。1969年 “阿波罗”11号返回了第一批月球样品。由S.R.泰勒等对这批样品进行了初步的分析测试研究。地球化学证据并不完全支持月球的“裂解成因”。“阿波罗”计划虽然极大地促进了对月球和早期地球的了解，但是并没有最终解决月球起源的问题。1973年，J.贝克第一个提出了一个原始的大撞击成因假说。1974年，月球大撞击成因理论被W.哈特曼和D.R.戴维斯正式提起，这个碰撞模型可以解释月球独特的地质和地球化学性质，更重要的是，提供了裂解地球物质的能量来源。1976年，A.G.W.卡梅伦和W.R.沃德独立地提出了类似的理论。月球大撞击成因成为占主导地位的月球起源假说。学术界开始探讨由大撞击形成月球过程中的基本物理量，并对大撞击过程的数值模拟方法逐步改进优化。天体化学家通过测量分析样品，进一步为优化模型提供地球化学制约条件。

月球的大撞击成因理论较好地满足了天体力学的制约条件。星子忒伊亚与原始地球的斜角度相撞满足月球形成的能量条件。撞击作用产生的角动量也与现今的地球-月球系统一致，而不需要进行后期重要的动力学改造。天文观测发现在其他行星系中也存在类似的撞击。另外，月球大撞击成因理论与太阳系形成的主导理论一致。

很多地球化学证据支持月球大撞击成因理论。地球和月球物质的氧同位素组成(δ¹⁷O)一致，地球和月球的氧同位素落在相同的质量分馏线上，而这些物质和其他太阳系物质的氧同位素有差异。此外，月球物质的δ⁵⁰Ti和δ⁵⁴Cr也和地球样品相似。这些证据说明，形成月球和地球的物质来自太阳系星云中几乎相同的位置。

从地球溅射出的物质来源于铁亏损的地幔，因此能够形成的月核比较小。根据“月球探测者”的磁力仪数据估算出的月球在地磁尾端中的磁感应偶极距表明，月球的金属核异常小，仅占月球质量的1%～4%，而地核的质量约占地球的1/3。由于钨（W）在还原条件下亲铁，趋向于进入铁核；而铪（Hf）是亲石元素，主要存在于硅酸盐地幔。月岩与地幔具有相似的Hf/W比值，表明地球和月球发生金属-硅酸盐分异时，两者的氧化-还原状态大致相同。对此比较合理的解释是地球大部分铁进入了地核，且地核的形成早于月球的大撞击形成。

“阿波罗”计划返回的月球亚铁斜长岩和克里普岩，被认为是月球发生过大规模熔融（岩浆洋），随后冷却结晶的直接产物。大撞击成因可以解释形成这样的大规模熔融所需要的巨大能量。

月球样品亏损挥发性组分，包括钾、锌等中度挥发性元素，这与大撞击形成月球过程中所预期的因高温蒸发导致挥发性组分丢失相一致。此外，氯、锌和钾的同位素在蒸发过程中可发生分馏，而月球岩石富氯、锌和钾的重同位素，贫轻同位素，挥发性元素的丰度和同位素组成为大撞击成因提供了进一步的证据。

虽然大撞击成因理论是目前最好的月球形成模型，但是该理论仍存在问题需要解决。根据大撞击理论，大撞击发生在原始地球已发生大规模分异后，即金属和硅酸盐已经分异出地核和地幔之后。月球作为一个高Hf/W的天体，必须是晚期形成的，否则月球样品由于¹⁸²Hf衰变会产生大量的过剩¹⁸²W。对月岩和碳质球粒陨石的W同位素分析得出，月球在太阳系形成之后的4000万～5000万年形成，即大撞击的时间。但是，大撞击和月球增生作用的时间间距并不确定，在大撞击过程中溅射出的物质的初始物理状态(固体-熔体-气体)也不确定。这些不确定性导致了很难较精确地界定原始月球的温度范围。

大撞击中溅射出的物质吸积形成月球的过程也不确定。甚至有数值模拟显示，大撞击过程中溅射出的物质，除了形成月球以外，还在特洛伊点上形成了另一个天体，被称为“姊妹月球”，之后由于其轨道受到扰动，最终缓慢碰撞堆积到月球的背面，形成了月球背面的高地，导致了月球的二分结构。

月球大撞击成因指出，月球物质相对于地球物质亏损挥发性元素，但是碱性元素的比值并不遵守这个推断。铯（Cs）比铷（Rb）更容易挥发，但是月球的Rb/Cs比值反而比地球的比值小。“阿波罗”计划返回的部分月海玄武岩具有大量孔洞，证明月幔含有挥发性组分。在各种月球样品，包括高地深成岩和月海火山岩中均测量得到水等高度易挥发成分。但是现有的月球大撞击成因模型并不能解释这些挥发分的发现。

撞击星体忒伊亚的成分特征是月球化学成分重要的制约因素。普遍认为忒伊亚的化学成分和地球相似，它们的物质均来源于太阳星云中相同的位置。但是也有研究显示，月球返回样品和地球样品的氧同位素有微小的差别(δ¹⁷O = +0.012±0.006 ‰)，这个细微的差别可能表示忒伊亚的氧同位素和地球略有不同，但是也不能排除来自后期加入月球的物质的影响。

月球大撞击成因对地球的演化具有重要意义。在地球形成的最后阶段，许多原行星以及星子与地球相撞，使地球达到今天的大小和质量。数值模拟表明，在地球形成的晚期，这样的撞击可能持续了相当长的时间(几千万年)。导致月球形成的撞击很可能是其中之一。另外，忒伊亚的撞击可能导致了地球的局部熔融甚至地球岩浆洋的形成。利用¹⁸²Hf-¹⁸²W同位素体系及测定的地球和月球地幔的Hf和W的丰度与比值，可以推测出大撞击发生的大致时间，以及地球形成过程晚期的历史。