蘇東坡膾炙人口的詞句“月有陰晴圓缺，此事古難全”，表述的就是月相不以人的意愿而客觀地周期變化。月相周期變化的原因有2個：①月球、地球和太陽的周期性“會合運動”；②月球本身不發射可見光，而我們看到的只是月球被太陽光照亮的部分。

月球繞地球轉動的同時，還和地球一起繞太陽公轉，因而月球在天球上相對于太陽的視運動是一種會合運動。當月球運行到地球與太陽之間、月球與太陽的地心黃經相同之時（定為農歷月的初一），月球未被太陽光照的暗半球對向地球，“視而不見”，這稱為朔或新月。隨后，月球與太陽的黃經之差逐漸增大，向東偏離太陽，日落后在西方看到月球被太陽照亮的小部分呈彎向太陽的鐮刀形“娥眉月”。當月球與太陽的黃經之差達90°時，我們看到月球被太陽照亮半球的一半而呈半圓形，稱為上弦月。其后，我們看到月球被太陽照亮的部分更多。到月球與太陽的黃經之差達180°（農歷每月十五或十六）時，可以看到月球被太陽照亮的全部半球呈圓形，稱為滿月或望。望之后，我們看到月球被太陽照亮的部分逐漸減少，當月球與太陽的黃經之差達270°時，我們看到被太陽照亮的月球另半球而呈半圓形，稱為下弦月，而后在黎明前看到呈彎向太陽的鐮刀形“殘月”。

經過1個朔望月，又開始下次新月和重復的月相變化。雖然在月相變化中，我們看到的只是月球被太陽照亮的部分，月球沒有被太陽照亮的其余部分也不是完全黑暗的，仍依稀有“灰光”，尤其用強光力望遠鏡可以觀測到月球的灰光部分。月球的灰光是由于地球反射少量太陽光照到了月球的背太陽部分。

在中學和小學，常用太陽、地球、月球三體運行儀來演示它們的會合運動及日食和月食的原理，而實際情況還要復雜得多，也很難按比例來準確圖示，而用近似的示意圖還是可以說明一些情況的。這是設想自己從“外星人”角度來觀察的情況。

月球繞地球轉動的軌道面稱為“白道面”，它與地球繞太陽公轉軌道面（“黃道面”）的平均交角為5°8′4342″，白道面與黃道面的交角以173天周期變化±9′。白道面與天球相交的大圓稱為“白道”，從地球上觀測，月球每個“恒星月”沿白道視運動一圈。白道與黃道有2個交點：月球從南到北穿過黃道的“升交點”和從北向南穿過的“降交點”。月球軌道的近地點與遠地點連線——拱線也不斷地自西向東進動，進動周期為8.849年。按不同的基準來計量，月球的軌道運動周期有4種表述：①恒星月是以恒星為基準，月球在星空天球視運動一圈的周期，實際上是月球繞地球轉動一圈的時間間隔，1恒星月為27.32166天（“天”就是“平太陽日”）；②近點月是月球連續兩次經過近地點的時間間隔，1近點月為27.55455天；③交點月是月球連續兩次經過升交點的時間間隔，1交點月為27.21222天；④朔望月是月相變化的周期，它是以太陽為基準的會合運動周期，月球與太陽的地心黃經連續兩次相同（朔）的時間間隔，1朔望月為29.53059天。

只有月球在“朔”且恰好經過白道面一黃道面的“交線”很近時，才可能發生日食。別的“朔”時因月球離黃道面遠，就不會發生日食。

月球繞地球轉動的軌道和地（球）-月（球）系繞太陽公轉軌道都是橢圓，太陽一地球距離變化于0.9832603～1.0167056天文單位（1天文單位=1.4959787億千米），地球-月球距離變化于約356400～406700千米，相應地，太陽視圓面（簡稱“日輪”）的角直徑變化于31′28″～32′32″，月球視面的角直徑變化于29′22″～33′26″。

由于月球不發射可見光，在太陽（日輪）光照射下，月球后面形成日輪光完全照射不到的“本影”和有部分日輪光照到的“半影”。月球本影呈圓錐形，長度變化于366900～379700千米。把這些數值進行比較，就可以得出：月球本影錐的頂點有時可達到或超過地球表面，有時達不到地球表面。于是，按照地球表面與月球本影錐相交情況的不同而發生3類日食：

（1）日全食。月球本影錐超過地球表面，在本影錐內的地面區完全看不到日輪，即月球完全遮住了日輪，這是觀測暗淡的太陽大氣——色球和日冕奇觀的最好機會。

（2）日環食。月球本影錐頂點達不到地球表面，但在其延長的“偽本影”內地面區可看到日輪外部的環形部分，即月球遮住了日輪中央大部分而外緣仍顯露。若露出的環很細，也可以看到“貝利珠”。

（3）日偏食。在月球半影內的地面區只看到部分日輪，即月球只遮住部分日輪。一種情況是月球本影錐完全偏過地球，僅半影跟地球表面相交，整個地球都看不到日全食或日環食。另些情況是日全食或日環食時，在月球半影區內看到日偏食。

此外，就整個地球而言，還有“全環食”，這是由于在整個地球的日食全過程中，月球本影錐頂點在小段時間達不到地面某區、而另段時間超過地面某區。實際上，由于月球的視運動很快，月球的本影和半影都掃過地球表面局部地帶——本影帶和半影帶。本影帶的寬度可達約270千米，半影帶寬度可達約7000千米。