月球的发光是靠月球表面反射太阳的直射光线而发光，而当来自太阳的光线被地球遮挡，也就是月球运行入地球的阴影区域时，月球就不再反射光线，变暗形成月食。
古人虽然身居地球却很早意识到了这一点。公元一世纪的张衡就认为“当日之冲，光常不合者，蔽于地也”，西方的天文学家也很早意识到了这一点，亚里士多德在公元前四世纪通过月食时的形状推测出地球的影子和地球都是圆的，稍后的古希腊天文学家甚至借此估算了地球月亮和太阳的相对大小。
既然有原理，就可以通过计算来推断月食的发生。月食的条件是太阳，地球和月球几乎处于同一直线上，并且观测地点位于能够观测到月亮的夜半球，因此月食必定发生在满月的夜晚。由于地球的影子位于地球公转轨道面（黄道面）上，而月球的轨道面（白道面）与地球的公转轨道面并不重合，两者交叉约5度，所以不是每一次满月都会月食，只有当月球和太阳均运行到轨道交点附近时才会发生月食。下图就体现了月球轨道面和地球公转轨道面的夹角关系，只有处于交点附近的满月会全食，稍远则偏食，再远则无食。
接下来的问题就是观测太阳的升落方位=测定地球在黄道面上的位置速度和观测月球的升落方位=测定月球在白道面上的位置和速度。事实上日月运行规律是各朝历法的中心内容，事关季节变更和农业生产，因此历代都重视观测推算，日月食的推算只是附带验证罢了。
我国来说，汉代的刘洪在公元二世纪测定了黄道面和白道面的夹角写在了乾象历中，之后的天文学家就有据可查。其后祖冲之在公元五世纪的大明历里写下了黄道面和白道面的交点每月沿黄道向西运行1.6度，以及月亮和太阳通过这一轨道交点的间隔，月球约27.2天经过一次，而太阳约346.6天经过一次。由此可以算出一个18年出头的循环周期中会有大约28次月食，内含12~13次月全食，对同一个观察点来说大概三年一次月全食。到此月食的预测在理论上已经解决，剩下的就是提高观测精度，历法精度和简单的周期计算。今天的日月食计算数据上更为精确，但原理上没有什么差别。
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