As fases da lua são determinadas pelo ângulo em que a luz do sol se aproxima da lua em relação à posição da Terra. Quando o sol está atrás da Terra, em relação à lua, a luz do sol total incide no hemisfério da lua que está voltado para a Terra. Quando o sol está atrás da lua, em relação à Terra, a luz do sol incide no hemisfério lunar oposto.
Quando a luz do sol incide nas terras altas lunares, localizadas no lado da lua que nunca está voltado para a Terra, os observadores presos à Terra veem apenas a metade da lua que está na sombra. Esta é a fase conhecida como lua nova. Duas semanas depois, quando a lua girou para o ponto oposto em sua órbita, a luz do sol total incide sobre o hemisfério que está sempre voltado para a Terra. Isso ilumina todo o hemisfério e é visto na Terra como uma lua cheia.
Durante os períodos na órbita lunar, quando a luz do sol se aproxima do sistema Terra-lua em ângulos retos, apenas metade do lado próximo da lua é iluminado. Dependendo se a metade direita ou esquerda da lua é visível, isso produz uma lua do primeiro quarto ou uma lua do terceiro quarto. A transição de uma lua cheia para uma lua nova é contínua, com a sombra da lua passando gradualmente pela superfície visível da direita para a esquerda.
