当月亮绕着地球转时，恰好走到太阳前面，遮住了射向地球的太阳光，就会形成日食。按理说日食现象本不应罕见，但由于月亮运行的轨道与黄道（太阳看上去在星空中走的路线）有5°多的夹角，所以月亮在太阳前面经过时，常常不是偏上就是偏下。就地球上一个地方来说，平均5年左右才有机会看到一次太阳被部分遮住的“日偏食”；至于太阳全被遮住的“日全食”就更罕见了，平均250年才有机会看到一次日全食。
在古代，日全食的发生可是一件天大的事情。即便对于现代人来说，日全食也是普通人翘首企盼的壮观天象，科学家们更是珍惜这难得的天象观测和天文研究的机会。
在古代，观测日食主要用于确定初亏、复圆的时刻以修改校正日、月运行历表，日偏食就足够了；对日全食，除了观赏价值之外，人们不知它还有什么“用途”。
人们早就注意到，日全食发生时，黑黑的月轮外面总有一圈银白色的光晕，但一直没有意识到这圈光晕有什么意义，或者误以为是地球或月球大气造成的。西班牙天文学家何塞·华金·费雷尔通过观测1806年6月16日发生的日全食，发现这个光晕其实是太阳大气的影像，并将其命名为“日冕”（在拉丁语中是“皇冠”的意思）。短短几分钟的日全食成了天文学家研究太阳大气的宝贵机会。
特别是在月轮完全遮住日轮或日轮刚好要露出的一刹那拍摄的太阳大气光谱尤为珍贵，被称为“闪光光谱”。
太阳表面温度在几千摄氏度左右，而太阳大气的最外层——日冕区温度能达上百万摄氏度。为什么离太阳中心越远温度反而越高？为什么温差会如此之大？日冕高温之谜已困扰了科学界很多年。有科学家猜测，其中的奥秘或许就在太阳表面的热等离子体喷发上。日全食期间是观测日冕的绝佳机会。在最近的这次日全食横贯美国之时。美国国家航空航天局的天文学家就放飞了两架喷气机，以捕捉从日冕喷射出的一缕缕明亮物质的移动。
在1868年8月18日发生的日全食期间，法国天文学家皮埃尔·让桑利用分光镜观测太阳大气层，发现了太阳光谱黄色部分中一条未知的谱线。后来，英国天文学家洛克耶也在太阳光谱中发现了这条黄线，他认为这是太阳上一种特有的元素的谱线，并将其命名为“氦”（来自希腊文“太阳”）。
太阳光谱中，最明亮的黄色辐射是由氦原子发出的，氦是最先发现于太阳“闪光光谱”中的元素再后来，英国化学家拉姆塞从钇铀矿的燃烧光谱中同样发现了这条黄线，证明了地球上也存在氦。“太阳元素”——氦是迄今唯一一种先在地球以外发现的元素。
1919年5月29日发生在南美、大西洋、非洲一带的日全食令爱因斯坦一举成名，因为科学家通过对此观测，验证了爱因斯坦的广义相对论。
爱因斯坦预言，当恒星的光从太阳表面掠过时，太阳的引力场会使光线的路径发生弯曲，偏折角度为1.75角秒，是牛顿万有引力理论所预测的两倍。太阳耀眼的光芒使人们不可能观测到太阳旁边的星星，只有等日全食的时候拍下太阳周边的恒星，再与太阳不在时同一星空的照片比较，才能确定星光是不是真有偏折。通过英国天文学家爱丁顿等人的观测，得出星光偏离1.64角秒的结论，接近爱因斯坦的预言。
地球并不是太阳系中唯一能够看到壮观的日全食现象的星球。在其他行星上看日全食要满足几个条件：首先需要存在一颗卫星，这就排除了水星和金星；其次卫星要足够大，能够完全覆盖太阳盘面，同时，行星与太阳处于同一个平面。火星虽有两颗卫星，但它们体积太小，只能形成日环食，难以形成日全食现象。木星、土星、海王星和天王星都存在日全食现象，因为它们拥有体积较大的卫星，并且由于太阳距离遥远，显得体积较小。
不过，它们又都是气体行星，人不可能像在地球上那样观看。
日全食出现在当行星、卫星和太阳排列在同一个平面，卫星处于行星和太阳之间，完全阻挡了行星的入射阳光。科学观测发现，月球正在缓慢地远离地球。也就是说，从地球上看到的月球体积将逐渐变小。因此，在遥远的未来，月球会变得不足以完全覆盖太阳，故无法产生日全食现象，只会是日环食。科学家推测，地球将在6亿年后最后一次观看到日全食。