日食和月食的发生，是光沿直线传播在天体中的一个明证。并非每次月亮位于太阳与地球之间时都会产生日食，而发生日食必须满足两个条件。首先，日食总是发生在朔日，即农历初一。然而，并非所有的朔日都会出现日食，因为月球的轨道（白道）与地球轨道（黄道）并不完全重合，它们之间存在一个约5°9′的夹角。只有在朔日，太阳和月球都接近白道和黄道的交点，并且太阳与交点之间有一定的角度（称为日食限），日食才会发生。这是日食发生的第二个条件。
由于月球和地球的轨道都不是完美的圆形，它们之间的距离有时近有时远，因此太阳光被月球遮住形成的影子在地球上的效果分为三种：全影、伪全影（当月球距离地球较远时）和半影。观测者在全影范围内可以观察到日全食；在伪全影范围内可以看到日环食；而在半影范围内只能观察到日偏食。
在日全食发生时，根据月球和太阳的相对位置，可以观察到五种不同的食象：
1. 初亏：日食开始时，月球追上太阳，月球的东边缘刚刚与太阳的西边缘接触。
2. 食既：大约一小时后，月球的东边缘与太阳的东边缘内切，这是日全食的开始，此时月球完全遮住了太阳。
3. 食甚：太阳被食最深的时候，月球的中心移到与太阳中心最近的位置。
4. 生光：月球的西边缘与太阳的西边缘内切，标志着日全食的结束。从食既到生光通常不会超过二三分钟，最长不超过七分半钟。
5. 复圆：生光后大约一小时，月球的西边缘与太阳的东边缘接触，这时月球完全移出太阳，日食结束。
由于月球表面的不规则性，特别是高山的影响，日食期间月球边缘的山谷有时未能完全遮住太阳，在食既或生光瞬间，未遮住的部分会形成一个发光区，看起来像一颗明亮的“钻石”；周围的淡红色光环则像是钻戒的“指环”，整体看起来，就像一枚镶嵌着璀璨宝石的钻戒。有时，这个区域会形成许多明亮的光线或光点，仿佛在太阳周围点缀着一串珍珠，这被称为倍利珠（Baily's beads），是法国天文学家Baily的名字命名的。
不论是日偏食、日全食还是日环食，持续的时间都很短。而且，在地球上能够观察到日食的地区也是有限的，因为月球较小，其本影也相对较小且短暂，所以在地球表面只有一个小范围的区域能够观察到日食，时间也不长。由于月球本影的长度（约373,293公里）小于月球与地球之间的平均距离（约384,400公里），因此日环食的发生次数通常多于日全食。
