月球上是否存在水冰是第二次月球探测热潮中的热点问题。1994年克莱门汀号(Clementine)环月探测器搭载的频率为2.273GHz 双基地雷达探测到月球南极一些地区出现同向极化增加等独特的回波特征,这些地区正好处于极地永久阴影区,表明这些地区可能存在水冰。Arecibo大文台频率为2.38GHz的地基雷达对月球极地进行制图,也得到类似结论。1998年月球勘探者号(Lunar Prospector)环月探测器搭载的中子探测仪在月球极地永久阴影区探测到高含量的氢信号大多认为是水冰引起的。但雷达探测和中子探测结果均存在多解性。月球表面粗糙度同样可以引起雷达回波呈现出类似水冰的异常特征,而中子探测仪测量到的仅仅是氢信号而非水。且月球勘探者号撞击月表之后并没有探测到任何的水蒸气信号。月球极地水冰存在与否、存在形式和存在数量等科学问题的回答解释需要进对月球极地特别是永久阴影区进一步探索。