月球上可利用的能源主要有太阳能和核聚变燃料。对于开发月球上的太阳能来说，由于月球表面没有大气，太阳辐射可以长驱直入，因此在月球白天月表太阳能辐射强烈，有丰富的太阳能；同时，月球上的白天和黑夜都相当于14个地球日，因此可沿月球纬度相差180度的位置分别建立太阳能发电厂，并采用并联式连接，就可以获得极其丰富而稳定的太阳能。
当处在月球夜晚的太阳能电厂停止工作时，处在月球另一则的太阳能发电厂正好在白天，可以正常发电。两个电厂不断轮换可以保持持续发电。如果只建设一个太阳能发电厂，则在月球夜晚要使用在白天充满电能的畜电池，或其它发电设施（如核电）。这不但解决了未来月球基地的能源供应问题，还可以用微波将能量传输到地球，为地球提供新的能源。
由于月球几乎没有大气层，太阳风粒子可以直接注入月球表面，太阳风粒子的长期注入使月壤富含稀有气体。在太阳风注入的稀有气体中，最让人们感兴趣的是氦-3，因为氦-3可以与氘进行核聚变反应，并释放出巨大的能量。目前，人类正在对受控核聚变反应开展研究，并且主要氘-氚核聚变反应开展研究。相比目前正加速发展的利用氘和氚反应的热核聚变装置来说，用氦-3进行核聚变反应具有比用氚作燃料有更多的优点，主要表现在：（1）在氘-氚核聚变反应过程中，伴随核聚变能的产生，要产生大量的高能中子，而这些中子将对核反应装置产生广泛的放射性损伤；相反，若用氦-3作为反应物，则主要产生高能质子而不是中子，质子的穿透性远远低于中子，因此防护设备简单得多，而且对环境保护更为有利；（2）氚本身具有放射性,而氦-3没有放射性。
月壤中氦-3的资源量为未来人类开发利用月球能源提供了一种可能的途径。由于月壤中氦-3的含量较为稳定，因此只要能够精确探测月壤的厚度，就可以估算出月壤中氦-3的资源量。以美国“阿波罗”登月飞船和苏联的“月球号”自动取样探测器采回的月样品进行试验分析，并以实测分析结果为参考标准计算，月壤中氦-3的资源总量可达100万—500万吨，而地球上可提取的氦-3只有15至20 吨。若能实现商业化利用，月壤中的氦-3可供地球能源需求达数万年。因此，开发月壤中丰富的氦-3资源，对人类未来能源的可持续发展具有重要而深远的意义。
