地球具有一个天然卫星——月球（moon），月球直径约为地球的1/4，质量约为地球的1/81。地球和月球在万有引力的作用下组成一个双天体系统——地月系，月球绕地球旋转（公转），其旋转的角速度为 33′/h，线速度约1km/s，旋转一周的时间为 27.32 d。月球也有自转，其自转周期等于绕地球公转的周期，因而月球总是以同一面朝向地球。
严格地说，月球并不是绕地球旋转，而是绕地月系的共同质心（位于地心与月心连线上距地心4671km处）旋转，地球也绕该共同质心与月球作同步对称绕转，但绕转半径与月球相比小80余倍，这种绕转使得月球与地球之间的引力和离心力达到平衡。
月球在绕地月系共同质心旋转的同时，还随地球一起绕太阳公转，所以它在太阳系中的实际运动轨迹是这两种运动叠加的结果，表现为在公转轨道两侧起伏的波浪线。当月球运行到与太阳同处于地球一侧的同一方向上时（称日月相合），月球被太阳照射而反光的一面正好背着地球，地球上观察者看不见月球，这时称为朔月或新月；与此相对，当月球运行到与太阳分处于地球两侧的同一方向上时（称日月相冲），月球受太阳照射的一面正好向着地球，这时称为望月或满月；从朔月到望月，月球受光面向着地球的比例逐渐变大，当到达一半时称为上弦月；而从望月到朔月的一半时称为下弦月。这种月亮圆缺的各种形状叫做月相。
当月球运行到太阳和地球之间，月球遮住了太阳，便是日食；当月球运行到地球的背后，进入地球的阴影，便是月食。由此可见，日食一定发生在农历初一的朔，月食一定发生在农历十五或十六的望。但并非每月的初一都有日食，每月的十五、十六都有月食。这与月球的运行轨道有关。月球绕地球运行的轨道面称为白道面，它与地球绕太阳运行的黄道面不在同一个平面上，两者有5°09′的交角。黄白两轨道面在空中有一交线，如果日月相合、相冲而不在黄白交线上，将不发生日食和月食；如果日月相合、相冲且正好在黄白交线上，则发生日食和月食现象。