当月亮运行到地球与太阳之间，并将自己的阴影投射到地球表面时，日食就发生了。根据NASA的解释，日食只会出现在新月阶段，而且通常每年大约会出现两次。这是因为在特定时间，太阳、月亮和地球会以特殊的方式排成一线，从而让月亮挡住部分或全部的太阳。
根据三者排列方式的不同，日食可以分为四种类型。最引人注目的当属日全食，此时月亮完全覆盖太阳，白昼短暂变成黑夜。部分日食则较为常见，月亮只遮住了太阳的一部分，看起来就像太阳被“咬”了一口。还有一种是环日食，当月亮位于太阳正前方，却因为距离较远而无法完全遮住太阳，结果在月亮周围形成一圈明亮的光环，看上去宛如“火环”。最罕见的则是混合日食，它在同一次过程中既可能表现为环食，也可能转变为全食，这取决于月亮的阴影在地球表面掠过的位置。
日食是否发生，与月亮经过黄道面的时机密切相关。月亮穿越地球公转轨道平面的位置被称为“交点”，当新月出现在交点附近时，就具备了发生日食的条件。与此同时，月亮与地球之间的距离，以及地球与太阳之间的距离，也会影响日食的具体形态。之所以会出现日全食，是因为一个巧合：太阳的直径大约是月亮的400倍，但距离地球的距离也差不多是月亮的400倍，因此两者在天空中看起来大小几乎相同，才让完全遮挡成为可能。
当月亮位于远地点附近时，它在天空中显得略小于太阳，于是就会产生环日食。此时月亮无法完全覆盖太阳表面，只留下周围一圈耀眼的光。部分日食则发生在三者并未精确排成一线的情况下，月亮的半影扫过地球，太阳只被遮住一部分。混合日食则更加特殊，当月亮的本影刚好能在地球弯曲的表面触及或离开地表时，就会出现这种在全食和环食之间切换的现象。通常，它会在路径开始时呈现环食，中段转为全食，随后又回到环食。
虽然新月每个月都会出现，但日食并不会月月发生。这是因为月球轨道相对于地球绕太阳的轨道倾斜了大约5度，大多数时候，月亮的影子都会从地球上方或下方掠过。统计数据显示，在所有日食中，大约28%是日全食，35%是部分日食，32%是环日食，而混合日食只占极少数。
在日全食发生时，天空会迅速变暗，气温明显下降，仿佛傍晚突然提前降临。当太阳完全被遮挡，平时被强烈光芒淹没的日冕便会显现出来。这是太阳最外层的大气结构，也是许多天文爱好者最期待看到的景象。相比之下，环日食的画面则更加抽象，黑色的月亮盘踞在明亮的太阳前方，四周环绕着一圈炽亮的光，形成极具视觉冲击力的“火环”效果。部分日食则显得温和许多，看起来像是太阳被慢慢啃掉了一角。
在混合日食中，不同地区的观测者可能看到完全不同的景象，有些人会经历日全食，而另一些人则只能看到环日食。至于日食发生时的体验，日全食往往最令人难忘。当最后一丝阳光消失，白色日冕浮现，周围的环境仿佛暂停了一瞬，这种景象常被形容为震撼甚至改变人生的经历。
日食常被拿来与月食作比较，但两者的成因正好相反。日食发生时，是月亮挡住了太阳；而在月食中，地球位于太阳和满月之间，月亮进入地球的阴影之中。月食期间，照亮月球的光线需要先穿过地球大气层，结果让月亮呈现出暗红或铜色，看起来就像无数次日落同时映照在月球表面。
从天文学角度来看，日食还可以分为中心日食和偏日食。当月亮影子的锥体尖端刚好掠过地球时，只能看到部分日食；而当锥体真正接触地表，就会形成一条狭窄的“全食路径”，只有身处这条路径中的人才能看到完整的日全食，其余区域看到的则依然是部分日食。