第一乐章－持续的慢板，升c小调2/2拍子，三部曲式
这个乐章情感的表现极其丰富，有冥想的柔情，悲伤的吟诵，也有阴暗的预感。虽然伴奏，主题和力度的变化不大，但仍通过和声，音区和节奏的变化，细腻地表现了作者心弦的波动。 这首奏鸣曲包含着贝多芬最原始的构思。它那梦一般即兴的性质，探索钢琴音响共鸣的方式已预察到约一百年后德彪西的印象乐派。它所依据的题材很简单：乐曲一开始，由不断流出的三连音构造了无边的幻想，四小节后，第一主题在中音区淡淡地出现。它细致而沉静，略带些忧郁。1段1分18秒在B大调上出现了第二主题。中间部由第一主题开始。三连音曲折有致地走向高音区，呈现出急躁不安的情绪。随后，进入第三段，第一主题平静地再现，第二主题以升c小调的面目再现，然后以低音继续奏出基础动机的尾奏，慢慢地消失而结束。
第二乐章－小快板，降D大调，3/4拍子，三部曲式
这个乐章比较短小，李斯特形容这个乐章为“两个深渊中之间的一朵花”。它以迥然不同的轻快表情将第一乐章的沉思默想和第三乐章的紧张气氛衔接地非常完美。 第一段是连奏与断奏相呼应的主题，然后再以变奏加以重复。中部也保持在降D大调。2段1分13秒再现第一段。这个乐章好象是瞬息间留下的温存的微笑。
第三乐章－激动的急板，升c小调，4/4拍子，奏鸣曲式
虽然在调性上与前乐章有紧密的联系，但表达的感情则完全不同。第一主题是热情不可遏制的沸腾和煽动性，犹如激烈的狂怒，又好象是连连的跳脚声。 第二主题像是从心底里发出来的申诉。它临近结束时连续的八分音符，斩钉截铁般的节奏，表现了热情的情感和坚强的意志。经过短短的展开部后，内心的激动表现得更为强烈。在尾声中，沸腾的热情达到顶点时，突然沉寂下来，但汹涌澎湃的心情并没有就此平静。贝多芬曾说过他的作品二十七号的两首奏鸣曲都像幻想曲。他指示《月光》奏鸣曲的乐章之间要紧接不要有停顿，这样才能从开始乐章以暗示性的方式逐渐展开，进入到错综复杂的终乐章，而得以提供一种凝聚高潮的感觉。贝多芬这一时期的奏鸣曲充满了尝试性的作法，他企图重新评价奏鸣曲式主要的创作原理。一般来说，如要遵循传统的格局，奏鸣曲式往往只出现在一个乐章里，而通常在第一乐章，但贝多芬打破了这种模式，《月光》奏鸣曲是古典乐派开始朝浪漫乐派转变的作品之一。
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