日食和月食的發生，是光沿直線傳播在天體中的一個明證。并非每次月亮位于太陽與地球之間時都會產生日食，而發生日食必須滿足兩個條件。首先，日食總是發生在朔日，即農歷初一。然而，并非所有的朔日都會出現日食，因為月球的軌道（白道）與地球軌道（黃道）并不完全重合，它們之間存在一個約5°9′的夾角。只有在朔日，太陽和月球都接近白道和黃道的交點，并且太陽與交點之間有一定的角度（稱為日食限），日食才會發生。這是日食發生的第二個條件。由于月球和地球的軌道都不是完美的圓形，它們之間的距離有時近有時遠，因此太陽光被月球遮住形成的影子在地球上的效果分為三種：全影、偽全影（當月球距離地球較遠時）和半影。觀測者在全影范圍內可以觀察到日全食；在偽全影范圍內可以看到日環食；而在半影范圍內只能觀察到日偏食。在日全食發生時，根據月球和太陽的相對位置，可以觀察到五種不同的食象：1. 初虧：日食開始時，月球追上太陽，月球的東邊緣剛剛與太陽的西邊緣接觸。2. 食既：大約一小時后，月球的東邊緣與太陽的東邊緣內切，這是日全食的開始，此時月球完全遮住了太陽。3. 食甚：太陽被食最深的時候，月球的中心移到與太陽中心最近的位置。4. 生光：月球的西邊緣與太陽的西邊緣內切，標志著日全食的結束。從食既到生光通常不會超過二三分鐘，最長不超過七分半鐘。5. 復圓：生光后大約一小時，月球的西邊緣與太陽的東邊緣接觸，這時月球完全移出太陽，日食結束。由于月球表面的不規則性，特別是高山的影響，日食期間月球邊緣的山谷有時未能完全遮住太陽，在食既或生光瞬間，未遮住的部分會形成一個發光區，看起來像一顆明亮的“鉆石”；周圍的淡紅色光環則像是鉆戒的“指環”，整體看起來，就像一枚鑲嵌著璀璨寶石的鉆戒。有時，這個區域會形成許多明亮的光線或光點，仿佛在太陽周圍點綴著一串珍珠，這被稱為倍利珠（Baily's beads），是法國天文學家Baily的名字命名的。不論是日偏食、日全食還是日環食，持續的時間都很短。而且，在地球上能夠觀察到日食的地區也是有限的，因為月球較小，其本影也相對較小且短暫，所以在地球表面只有一個小范圍的區域能夠觀察到日食，時間也不長。由于月球本影的長度（約373,293公里）小于月球與地球之間的平均距離（約384,400公里），因此日環食的發生次數通常多于日全食。