Mặt Trăng luôn được Mặt Trời chiếu sáng một nửa, giống như một quả bóng để dưới đèn thì luôn có một bên sáng và một bên tối. Nhưng Mặt Trăng lại quay quanh Trái Đất, nên từ mặt đất nhìn lên, ta thấy phần sáng ấy ở những góc khác nhau tùy vị trí của nó. Có đêm ta nhìn thẳng vào nửa sáng và thấy trăng tròn, có đêm chỉ thấy được một mẩu cong. Sự thay đổi đều đặn đó chính là các pha của Mặt Trăng.

Cốt lõi của hiện tượng là sự kết hợp giữa việc Mặt Trăng chỉ phản chiếu ánh nắng và việc nó chuyển động quanh Trái Đất. Khi Mặt Trăng nằm ở phía đối diện Mặt Trời so với ta, ta nhìn trọn nửa được chiếu sáng nên thấy trăng tròn. Khi nó đi tới giữa Trái Đất và Mặt Trời, mặt sáng quay đi hướng khác và mặt tối quay về phía ta, đó là những đêm không trăng. Giữa hai thời điểm đó, phần sáng ta thấy lớn dần rồi nhỏ lại, tạo ra trăng lưỡi liềm, trăng bán nguyệt rồi trăng khuyết. Trọn một vòng biến đổi như vậy mất khoảng hai mươi chín ngày rưỡi, và đó cũng là nền tảng của tháng âm lịch.

Bạn có thể tự tái hiện hiện tượng này ngay trong phòng. Hãy cầm một quả cam đưa ra trước một ngọn đèn duy nhất rồi từ từ xoay nó quanh đầu mình: có lúc bạn thấy cả mặt cam sáng, có lúc chỉ thấy một vành cong, có lúc mặt sáng quay hẳn ra sau. Mặt Trăng thật cũng vậy, chỉ khác là nó xoay quanh Trái Đất trong gần một tháng. Người xưa nhìn nhịp tròn khuyết đều đặn ấy để làm lịch, và đó là lý do ngày rằm luôn có trăng tròn.

Nhiều người tưởng trăng khuyết là do bóng Trái Đất che một phần Mặt Trăng, nhưng đó là hiểu lầm phổ biến. Bóng Trái Đất chỉ che Mặt Trăng trong hiện tượng hiếm gặp là nguyệt thực, còn các pha trăng hằng đêm hoàn toàn do góc nhìn của ta vào phần được nắng chiếu. Cũng có người nghĩ Mặt Trăng tự phát sáng, trong khi nó chỉ như một tấm gương mờ hắt lại ánh nắng Mặt Trời.