Название города происходит от названия реки Москвы. Этимология гидронима точно не установлена. В последнее время широкое распространение среди специалистов получили гипотезы о балтском, славянском происхождении названия реки. В славянской и балтийской версиях исконным значением слова было «жидкий, топкий, сырой, слякотный».

Как полагают исследователи, слово «Москва» принадлежало ранее к древнерусскому типу склонения на *-ū-, именительный падеж которого заканчивался на -ы. Например, бры (совр. бровь), боукы (совр. буква), *кры (совр. кровь), любы (совр. любовь), свекры (совр. свекровь), цьркы (совр. церковь) и др. Таким образом, древнейшей формой топонима была не засвидетельствованная в письменных памятниках форма *Москы. Уже в очень раннюю эпоху форма именительного падежа данного типа склонения заместилась формой винительного. Для этой стадии есть засвидетельствованные формы «Москъвь» и «Московь», откуда в иностранных языках возникли названия типа англ. Moscow, нем. Moskau, фр. Moscou.

В славянском ареале известно множество гидротопонимов с этим корнем: название рек Мозгава (или Москава) в Польше и Германии; Московица (или Московка) — озеро и река, приток Березины; река Москва — приток Тисы в Раховском районе Закарпатской области Украины (в 2016 году переименована в укр. Сільський потік на основании закона Украины «Об осуждении коммунистического и национал-социалистического тоталитарных режимов и запрете пропаганды их символики»); ручей Московец; село Московец в Болгарии; многочисленные балки Московки на Украине; река Маска в Минской области Беларуси; Moskiew в Мазовше, Польша.

В.Н. Топоров отмечал, что территория Москвы находится внутри ареала балтской гидронимии (Гжелка, Дрезна, Истра, Лама, Лобь, Нара, Ока, Отра, Протва, Руза, Уча, Химка, Якоть, Яуза и др.). В прежних исследованиях игнорировался тот факт, что гидронимы на -ва располагаются к западу от реки Москвы и практически отсутствуют на востоке от неё, причём бо́льшая часть их имеет убедительные балтские этимологии (Водва, Надва, Дедва, Болва, Титва, Дрезва и др.). По мнению Топорова, гидронимы Москва и Протва являются продолжением пояса балтских названий на -ва в Верхнем Поднепровье, который органично переходит в пояс гидронимов на -uva, -ava и -va в Прибалтике (Латвия, Литва, Пруссия). Источником названия Москва могли быть балтийские формы *Mask-(u)va, *Mask-ava или *Mazg-(u)va, *Mazg-ava (ср. латыш. Maskava «Москва»). Корень *mask-/*mazg- мог быть связан, во-первых, с топью, грязью (нечто жидкое, мокрое, топкое, слякотное, вязкое). Во-вторых, тот же корень мог пониматься и как обозначение извилистой реки (ср. лит. mazgas «узел», лит. mazgóti «мыть, обмывать», латыш. mazgāt «мыть» и т.д.).

В версии о финно-угорском происхождении выводят объяснение из разных языков: из коми моска — «корова, тёлка», из мерянского маска — «медведь», из прибалтийско-финского муста— «чёрный, тёмный». В данный момент у этой версии очень мало сторонников.

Лингвист Макс Фасмер назвал неудачными попытками этимологии из финно-угорских языков, В.П. Нерознак признаёт их малообоснованными. Возражения опираются на следующие факты: не учитывается древнейшая форма ойконима, зафиксированная в источниках: «Московъ»; несостоятельность объяснения гидронима «Москва» из языка коми: коми никогда не жили на территории, близкой к течению этой реки; марийское «маска» заимствовано из русского слова «мечка» — «самка медведя» в XIV—XV веках; непоследовательность этимологии из прибалтийско-финского состоит в том, что каждая часть названия объясняется из разных языков, удалённых друг от друга: «муста» — из финского, «-ва» из коми.

Устаревшим произношением является Мо́сква.

Как и в случае других старинных русских городов, название Москва даёт разносуффиксальные варианты названий жителей. Единственное привычное и общеупотребительное в современном русском языке название — москвичи. Это слово является представителем мёртвой для наименований жителей словообразовательной модели. Название москвичи во множественном числе сопутствует почти всей истории Москвы, впервые появляясь в письменном источнике с описанием событий XIII века; москвич становится нормативным в XVIII веке, москвичка — в XIX веке.