水星的表面很像月球，滿佈著環形山、大平原、盆地、輻射紋和斷崖。1976年，国际天文学联合会开始为水星上的环形山命名。
水星外貌如月，内部却像地球，也分为壳、幔、核三层。天文学家推测水星的外壳是由硅酸盐构成的，其中心有个比月球还大的铁质内核。
由于水星表面温度太高，它不可能像它的两个近邻金星和地球那样保留一层浓密大气，因此无论是白天还是夜晚，水星的天空都是漆黑的。在水星漆黑的天空中可以看到明亮的金星和地球。水星极其稀薄的大气主要是由从太阳风中俘获的气体组成的，其密度只有地球大气的12%。主要成份为氦(42%)、汽化钠(42%)和氧(15%)等。水星表面的岩石吸收了大量的阳光，反射率只有8%，所以水星是太阳系中最暗的行星之一。
由于水星只在黎明或白天出现，因此在地球上观测水星较为困难。这一状况直至20世纪70年代中期美国发射了“水手”号探测器才有所改变。“水手10号”发回的图片显示水星的表面与月球极其相似，上面布满了深浅不一的陨石坑。这表明水星也遭受过陨石接连不断的轰击。但水星表面也有广阔的平原，这表明水星在形成初期可能是液态的，后来逐渐冷却凝固成了一个岩石星球。曾经有一些大型的陨石险些把水星打碎，使从裂开的地壳涌出的熔岩流在水星表面到处流淌。水星表面还纵横交错地分布着一些非常长的悬崖峭壁，最高的可达三千多米。水星有一个主要由铁和镍构成的核，水星幔和壳的主要成份则是硅酸盐。它是太阳系含铁量最高的行星。
水星上没有液态的水，但1991年在其北极地区观测到一个亮斑。据推测，这个亮斑可能是由于贮存在水星表面或地下的冰反射了阳光造成的。仅管水星表面温度极高，但在其北极的一些陨坑内终年不见阳光，温度常年底于-161摄氏度。这足以使来自水星内部或宇宙空间的水份以冰的形态保存下来。
一些观测事实迫使我们相信，水星表面与月亮表面是类似的．水星反射入射光的6%。这个数值之所以能够确定，是因为我们已知太阳的总辐射量和水星与太阳之间的距离，当然也就能知道水星到底截住多少阳光．我们还知道在观测时刻水星距离地球的远近．再按太阳光和水星反射光的强度都与距离平方成反比这一定律我们便可算出在水星为全反射体时地球应该接收到水星反射光的多寡．我们实际接收到的反射光量仅为上述计算值的6％左右．天文学家一般用反照率这个词来表示天体表面的反射能力．反照率即表面反射光与人射光强度的比率，水星的反照率为0.06，而月亮的为0.07.
这两颗天体的反照率几乎相等，而且反射光的其它性质（如颜色、偏振程度）也极类似．这些事实使我们断定，水星和月球这两颗天体的表面是相似的．已经使用各种方法测定了水星表面的温度．用电磁波谱的红外波段对水星日照面进行了温度测量，其结果表明，在日照面的最热地区温度高达650°F．最近用3．5厘米工作波长的射电望远镜测知，日照面的平均温度在220°F左右．可以设想，表面上受太阳斜射的地区，具温度肯定会低一些。用3.4毫米的射电波测量，水星背阴部分的温度为-100°
