开普勒曾认为环形山是月球智慧生物的杰作，而惠更斯却有要找其自然成因的先见之明。围绕环形山身世，众说纷纭：“气泡说”认为它是类似煮沸稠面糊表层冒出气泡而产生的凹坑：“潮汐说”则将它看成是潮汐扰动引起的月面塌陷；“火山说”主张为喷发火山或破火山口；“撞击说”则提出它是陨星撞月的“星伤”。此外，还有“旋涡说”、“渗出说”和“膨胀说”等，众说纷纭。
早在17世纪，物理学家R·胡克就进行了月坑成因模拟实验，发现射进湿粘土的枪弹或煮开的雪花膏糊均可产生类似月坑形态。但他却认为未曾有任何星体坠落月球。
1918年，“大陆漂移说”倡导者A·魏格纳用玉石打击水泥粉末，获得了各参数非常接近环形山的坑穴，其中较大的坑穴甚至还出现了中央丘峰，这有力地支持了“撞击说”。
现据“阿波罗号”飞行器对月坑的研究，以及对采回月样中冲击变质作用痕迹的研究和阿波罗地震网对月面陨击事件的监测，都确证撞击作用曾经是、而且至今仍是塑造月面形态的一种重要作用。
据研究，大多数环形山所具有的溅射覆盖面、辐射纹、次生环形山以及中央峰等次级构造，均是确凿的撞击成因特征。1977年，哈特曼指出，月球环形山与所观测到的小行星、陨星的大小频率曲线很吻合。所以，“撞击说”目前已基本被世人所公认。环形山因此也有“撞击坑”这样的成因名称。
当然，许多月坑外形和地貌很像地球火山口，月海熔岩也广泛分布。进行水蒸气喷出低熔点合金板小孔的模拟实验，还真能产生内侧35度、外侧5度的“环形山”。所以，月球完全可能存在火山口环形山。月球正面的马里乌斯环形山是目前已肯定具火山特征的环形山的典型。据估算，月球环形山的83%是撞击坑，而火山口仅占17%。
由于大多数月坑是撞击成因，因而往往将“环形山”与“撞击坑”混为一谈。实际上，环形山是撞击坑、火山口和其他成因的碗状凹坑等环形构造的统称。而撞击坑单指那些撞击环形山而言，它包含在环形山这一概念之内。
环形山一般都以各国著名科学家和学者的名字命名，如哥白尼环形山、开普勒环形山等。月球表面的众多环形山中，有四座是以我国古代天文学家的名字命名的，他们是战国中期、公元前约4世纪的天文学家石申，东汉时期的伟大天文学家、文学家张衡(78～139)，南北朝时期杰出的数学家和天文学家祖冲之(429～500)，元代的大天文学家、数学家、水利专家和仪器制造家郭守敬(1231～1316)。另外还有一座环形山是以我国明代官职“万户”命名的，因为据说某位万户曾为发展火箭技术做了许多先驱性的工作，作出了历史性的贡献。