当地球处于太阳与月亮之间并成直线排列时，地球的影子投到月球上，就发生了月食。因此，月食总是发生在满月的时候。太阳本身有很大的发光面积，地球也有较大面积。当阳光照射地球时，地球背面的空间中，有些地方的阳光被地球完全挡住，形成了本影区；有些地方的阳光被部分地挡住，形成半影区。
当月球进入地球的半影区时，就形成了半影月食。此时月面只是比正常的满月暗了一些，因为还有一部分阳光直接照射在上面。当月球的一部分进入本影区后，就发生了月偏食。这时候的月亮一部分明显变暗，处于半影区的那一部分略微变暗（有时难以察觉）。当整个月球被地球的本影挡住时，就发生了月全食。这时候的月亮整个都变暗了。
显然，在半影月食和月偏食发生时，月亮不会完全变黑。但月全食的时候，月亮也不会变黑，只是变暗。这与日全食发生时白天突然变成黑夜的感觉大不一样，这是为什么呢？原因在于地球的表面覆盖着稠密的大气层，大约有80千米厚，大气层中的空气会折射阳光，使一小部分日光拐弯，照到月球上。因此，月全食时的月亮就不是漆黑一片，只是亮度比正常的满月暗很多。
阳光是多种单色光复合而成为白色复合光。照入大气之后，除了红光之外的单色光基本上被地球吸收，唯有红光得以透过大气，折射到月面上。因此月全食的时候，人们看到的月亮是古铜色或红色的，人们将其称为“红月亮”或“血月”。对于月偏食，也有类似的折射现象，此时部分月亮是明亮的，另一部分是古铜色或红色、而非黑色的。并不是每一次月食都会出现红月亮，因为地球大气中的尘埃、温度、湿度以及其他各种因素都会影响光的折射。
1991年6月，位于菲律宾吕宋岛的皮纳图博火山爆发，喷发出几千万吨二氧化硫等火山气体与火山灰，不仅使此后几年的气候受到影响，也使1992年12月发生的月食变成了黑月亮，而不再是美丽的红月亮。这是因为空气中气溶胶太多，吸收了几乎所有穿过大气的光，连红光都无法幸免，因此几乎没有光能折射到月面。由人类生产与活动导致的空气污染也会使红月亮受到影响。所以，要想一直看到红月亮，就要努力减轻对大气的污染。
最后，让我们设想一下，当地球上的人们看到月全食的时候，站在月球上的人会看到什么？答案是：月球上的人看到的是“日食”，因为此时太阳光被地球挡住了。不过，由于地球大气层的折射效应，我们将会看到一圈红色光环，就像是“日环食”一般。