Le fasi lunari sono determinate dall'angolo in cui la luce solare si avvicina alla luna rispetto alla posizione della Terra. Quando il sole è dietro la Terra, rispetto alla luna, la luce del sole cala sull'emisfero della luna che guarda verso la Terra. Quando il sole è dietro la luna, rispetto alla Terra, la luce del sole cade sull'emisfero lunare opposto.
Quando la luce del sole cade sugli altopiani lunari, situati sul lato della luna che non affronta mai la Terra, gli osservatori della Terra vedono solo la metà della luna che è in ombra. Questa è la fase indicata come una nuova luna. Due settimane dopo, quando la luna si è spostata al punto opposto della sua orbita, la luce del sole cade sull'emisfero che sempre affronta la Terra. Questo illumina l'intero emisfero ed è visto sulla Terra come una luna piena.
Durante i periodi nell'orbita lunare quando la luce solare si avvicina al sistema Terra-Luna ad angolo retto, solo la metà del lato vicino della luna è illuminata. A seconda che sia visibile la metà destra o sinistra della luna, ciò produce una luna del primo quarto o una luna del terzo quarto. Il passaggio da una luna piena a una nuova luna è continuo, con l'ombra della luna che passa gradualmente attraverso la superficie visibile da destra a sinistra.
