月球错觉是对出现在低空的月球感觉比在高空时要大的一种光学错觉，这种光学错觉也会出现在太阳和星座上。通俗地说就是，地平线上的月亮看起来比高高挂在空中的月亮大一些。
亚里斯多德认为，在地平线附近的月球看起来比较大是地球大气层的放大作用造成的。但这并不是事实：虽然大气层可以造成月球颜色的改变，但并不能放大或扩张它。事实上，当月球在地平线附近时实际上会比在高空中看到的小1.5%，这是因为它的距离远了一个地球的半径，加上大气层的折射使得影像在垂直方向上缩小了一些。
很容易用一个简单的方法也证明这是一种错觉，即拿一个小物体并将手臂伸直，并且闭上一只眼睛来观察。调整该物体在手臂上的位置使它的大小看起来正好与月球相同；等月球升到高空后，该物体在相同的位置上依然与月球一样大，这就显示月球的大小没有改变。
科学家Ibn al-Haytham指出一个人的经验会影响一个人的视觉作用，并且决定他们怎样看见。他提出一种理论来解释月球错觉，企图解释在地平线的月球看起来比在高空中大的问题，并且在中世纪的欧洲扮演了重要的角色。他为反对托勒密的折射理论而辩论，他重新解释问题是出自视觉，而不是真正的被放大。他说判断一个物体的距离，取决于在观测者和该物体之间一系列不受干扰的其他物体，因此，一个物体的大小与观测者的距离有关，在不是很精密的情况下，在地平线附近的月球会显得较大。
Ibn al-Haytham的解释为基础所做的研究月球错觉逐渐被接受世一种心理现象，托勒密的理论在17世纪遭到了弃置。但是，也必须记住人们是在如何不同的环境下来体认错觉的（有些人没有月球错觉），因此没有单独的一种理论可以适合所有的人。目前关于月球错觉的解释都是假说，流行的有以下几种：
（1）视距离假说。
（2）相对大小假说。
（3）眼球运动视物/视物显小症理论。
（4）关注角度假说。
