随着月亮每天在星空中自西向东移动一大段距离，它的形状也在不断地变化着，这就是月亮位相变化，叫做月相。“人有悲欢离合，月有阴晴圆缺”，这里的圆缺就是指“月相变化”：在地球上所看到的月球被日光照亮部分的不同形象。
由于月球本身不发光，在太阳光照射下，向着太阳的半个球面是亮夏。另半个球面是暗区。随着月亮相对于地球和太阳的位置变化，就使它被太阳照亮的一面有时对向地球，有时背向地球；有时对向地球的月亮部分大一些，有时小一些，这样就出现了不同的月相。
每当月球运行到太阳与地球之间，被太阳照亮的半球背对着地球时，人们在地球上就看不到月球，这一天称为“新月”，也叫“朔日”，这时是农历初一。
过了新月，月球顺着地球自转方向运行，亮区逐渐转向地球，在地球上就可看到露出一丝纤细银钩似的月球，出现在西方天空。弓背朝向夕阳，这一月相叫“蛾眉月”，这时是农历初三、四。
随后，月球在天空里逐日远离太阳，到了农历初七、八，半个亮区对着地球，人们可以看到半个月亮（凸面向西），这一月相叫“上弦月”。
当月球运行到地球的背日方向，即农历十五、十六、十七，月球的亮区全部对着地球，我们能看到一轮圆月，这一月相称为“满月”，也叫“望”。
满月过后，亮区西侧开始亏缺，到农历二十二、二十三，又能看到半个月亮（凸面向东），这一月相叫做“下弦月”。在这一期间月球日渐向太阳靠拢，半夜时分才能从东方升起。
又过四五天，月球又变成一个蛾眉形月芽，弓背朝向旭日，这一月相叫“残月”。
当月球再次运行到日地之间，月亮又回到“朔”。
月相就是这样周而复始地变化着。如果用月相变化的周期（即一次月相变化的全部过程）来计算，从新月到下一个新月，或从满月到下一个满月，就是1个“朔望月”，时间间隔约29·53天，中国农历的1个月长度，就是根据“朔望月”确定的。
月食时地球处于太阳和月亮之间，因此，月食必定发生在望月（即满月）的位置，即农历十五、十六日。但由于地球公转轨道面和月亮公转轨道面不在同一平面上，月亮并不是每个望月都进入地球的阴影之中，因此不可能每个望月都发生月食。
月全食时，月亮全部落入地球的阴影锥中，这时半个地球（夜间那一面）上的居民都可看到月全食。不过仔细观测就可发现，月全食时月亮并不是完全黑暗的，月面呈现出神秘的古铜色。这是由于地球大气把少许太阳光折射到月亮上（其中红光较多）造成的。月偏食时，月亮始终只有一部分进入地球的阴影锥中，地球的阴影只遮住了一部分月亮。
以地球而言，当月食发生的时候，太阳和月球的方向会相差180度，所以月食必定发生在“望”（即农历15日前后）。要注意的是，由于太阳和月球在天空的轨道（称为黄道和白道）并不在同一个平面上，而是有约5°的交角，所以只有太阳和月球分别位于黄道和白道的两个交点附近，才有机会连成一条直线，产生月食。
在一次历时长达3小时多的全食过程里，主要可分为5个主要的阶段——初亏、食既、食甚、生光和复圆。天文台在发布有关月食资料时，往往都会列出这5个阶段的时间，以便大家能清楚了解整个月食的过程。
究竟，初亏、食既、食甚、生光和复圆是什么意思呢？
初亏
是月食开始的时刻，也就是月球刚开始触及地球本影的时刻。
由于月球也好像地球一样，是由西向东转的，所以月亮的东边（月球本身的右边）最先接触地影。可是地球上（指北半球而言）观看月食的人，因为跟月亮处在面对面的情况下，所以看起来，月的左而是首先变暗的，形成了一个小缺口。以后，缺口越来越大，而明暗的分界线是圆孤形，肉眼看起来。这条分界线是非常明显；被食去的部份呈现灰蓝色。当食分增大时，被食部分的颜色已由先前的灰蓝色变为暗铜红色，月面上一些明显的地形仍然可以分辨出来。
食既
月食过程的第二个阶段。这时的月球恰好整个完全进入了地球的本影内，表示全食的开始。这时，月亮的光度迅速减弱，但仍然为肉眼所见，整个球体呈现橙红色，一些较光的星星开始出现了。
食甚
月球进入了本影后，继续移动，很快它便走到地影的中心，食甚的时刻就开始了。这时月的中心和地影的中心靠得最近，月食的高潮到来。这刻间，月面的光度最暗，呈暗红色，要是天气不大理想，很可能会看不见它的踪影；天上布满了星星，密麻麻的一片，将月亮重重包围着，蔚为奇观。要是你幸运的话，这时或许会看见月掩星的有趣现象；但见银光一闪，走在月亮边的一颗小星，转瞬间便消失在那红红的月亮之背后。
生光
食甚之后不久，月儿便快要离开那暗黑的地影了。离开的一刹那，叫做生光。生光这个名词，的确是名副其实，但见月亮的东边光现出了一丝银白光芒，慢慢地，光亮的部分逐渐扩大，微暗的星星迅即隐没了。
复圆
复圆是月球整个彻底离开地影的时刻。月亮恢复了本来的面目，再度发出那耀眼晶莹的光辉，星空又变得宁静了，只剩下几颗明星陪衬着那一盘明月。全食当然包括了上面的5个阶段；偏食则只有初亏、食甚和复圆3个阶段。月偏食的食甚阶段，是指月面被遮去最大部分的时刻，而月面并不会出现橙红色的。
月食的时间
月食的时问一般是指全食过程的时间，时间的长短决定于月球运行的速度和它所经过地球本影直径的大小。由于地本影的直径相当于月球的2·6倍，因此全食的时间也较长。由食既到生光，时间可达100分钟；而整个本影食的过程，即由初亏至复圆，一般为2～3小时，最长则可达3小时40分。
月食的周期
由于月亮围绕地球运动的轨道面（白道面）和地球围绕太阳运动的轨道面（黄道面）有平均5°09′的夹角，所以朔的时候，月亮有时在太阳上方通过，时在太阳下方通过，并不发生日食。望的时候，月亮有时在地影的上方通过中，有时在地影的下方通过，并不发生月食。只有当朔或望的时候，太阳、月亮在黄白交点附近才会发生日、月食。由于太阳、月亮的视直径都在半度左右，所以当太阳距交点一定角距离内（限角），朔时，太阳就可能被月球遮掩而发生日食。同理，望时，月亮就能进入地影而发生月食。这时，太阳距交点的角距离叫做食限。由于月亮和太阳的视直径随着它们和地球的距离的变化而有时大些，有时小些，而且黄白交点也有变化，所以食限也有所变动。根据计算，日食限角最大为17°9′，最小为15°9′之间可能发生日食，也可能不发生日食。同理，望的时候，月食最大限角为11°9′，最小限角为10°0′。就是说，望的时候太阳离开交点的角距离大于10°·0时，地球上一定在某个地方能够看到月食。月食限在10°·0和11°9′之间时，是否发生月食，需精密计算才可知道。
由于黄白交点有两个太阳在一个历年内通过升交点、降交点各1次，所以一年中有2个时期会发生日食和月食，发生日、月食的时期叫作食季。日食食限约18°，运行到交点以东18°，太阳作周年视运动从交点以西18°，约需36天，所以日食的每一食季为36天。对于月食而言，月食食限为12°，所以月食的每一食季只有24天。日食季是36天，这比朔望月的长度29·5306天要长，因此在1个日食季内必定会发生1次日食；1年内至少发生2次日食，如果每一食季中包含2个朔日（食季始即是朔日，食季尾必有朔日），则会发生2次日食。1年就会有4次日食发生。由于月食食季只有24天，比朔望月的平均长度29·5306天短，月食季内可能含有1个望日，也可能不包含望日。就是说1年内可能有2次月食，可能一次月食都不发生。
如果黄白交点是不变的，那么食季也就在每年相同的一段时间内。但是，事实上黄白交点是变动的，交点的位置每年自东向西移动19°4′，每18·6年在黄道上运行1周。太阳是自西向东在黄道上作周年视运动的，就是说交点迎着太阳运行。这样一来，当太阳从一交点起经过另一交点再回到原来交点运行一周所用的时间，比太阳在黄道上运行1周的时间要短19天，为346·62天（叫交点年，也叫食年）。所以食季平均每年提早19天。由于食年比回归年要短19天，所以在一历年内太阳可能3次经过交点。例如，1月1日通过升交点，半年之后通过降交点，到了年末再一次通过升交点，即是说一年内有2个半食季，这时一年中可能发生7次日、月食（5次日食、2次月食，或4次日食、3次月食）。一年中日食次数比看到月食的次数多。对于地球某一地点，实际上看到的月食次数比看到日食的次数多。这是由于发生月食时，背着太阳的半个地球都可看到。而发生日食时，月亮影锥只扫过地球上一个狭窄的地带，只有日食带内的人才能看到日食。尤其是全食带只有200多千米宽，有时大部分在大洋地区，因此很少有人能看到日全食。一个地方平均要二三百年才能看到一次日全食。
由于地球绕太阳和月亮绕地球的公转运动和黄白交点的移动都是有规律的，所以相隔一定的时间就会发生一次大致类似的日、月食。
早在古代，巴比伦人就根据对日食和月食的长期统计，发现了日、月食的循环周期为233个朔望月，这个周期叫作沙罗周期，沙罗就是重复的意思。
233个朔望月的时间长度（等于6585·32天），等于19个食年（等于6585·78天），又和242个交点月（月亮从交点又回到同一交点的时间间隔，242个交点月等于6585·35天）的时间长度相等。就是说，在1个沙罗周期中，太阳、月亮和黄白交点就又回到原来的相对位置，因此就又发生和上一次相类似的日食、月食了。一个沙罗周期约合18年11·333日，如果这期间有5年闰年就有18年10·333日。由于这个周期不是整日数，所以下一次日食、月食的见食地点和食相与上一次日食、月食的见食地点和食相也会有所变化。
我国汉代天文学家对日食、月食作过深入研究，发现日食、月食具有135个朔望月的循环周期。135个朔望月等于3986·6天，相当于11年少31天。就是说在11年少31天的时间间隔内，类似的日食、月食就重复发生一次。这个循环周期记载在汉代《三统历》中，因此又叫“三统历周期”。
此外，人们还发现月食还有其他的循环周期。比如以358个朔望月为周期的纽康周期（合29年少20日），以235个朔望月为周期的米顿周期（合19年）等等，但这些周期都是非常粗略的，只能粗略地推算出月食发生的日期，并不能确定月食发生的准确时刻，食分的大小和见食的地区。准确的月食发生的时间以及交食情况，需要经过专门的严格推算，这已经是属于相当专门的历书天文学中“食论”的研究范围了。我国紫金山天文台就担负着日食、月食预报的工作。