Les phases de la lune sont déterminées par l'angle auquel la lumière du soleil s'approche de la lune par rapport à la position de la Terre. Lorsque le soleil est derrière la Terre, par rapport à la lune, la pleine lumière du soleil tombe sur l'hémisphère de la Lune qui fait face à la Terre. Lorsque le soleil est derrière la lune, par rapport à la Terre, la lumière du soleil tombe sur l'hémisphère lunaire opposé.
Lorsque la lumière du soleil tombe sur les hautes terres lunaires, situées du côté de la lune qui ne fait jamais face à la Terre, les observateurs terrestres ne voient que la moitié de la lune qui est dans l'ombre. C'est la phase appelée nouvelle lune. Deux semaines plus tard, lorsque la lune a pivoté vers le point opposé de son orbite, la pleine lumière du soleil tombe sur l'hémisphère qui fait toujours face à la Terre. Cela illumine tout l'hémisphère et est vu sur Terre comme une pleine lune.
Pendant les périodes de l'orbite lunaire, lorsque la lumière du soleil s'approche du système Terre-Lune à angle droit, seule la moitié de la face visible de la Lune est éclairée. Selon que la moitié droite ou gauche de la lune est visible, cela produit soit un premier quartier de lune, soit un troisième quartier de lune. La transition d'une pleine lune à une nouvelle lune est continue, l'ombre de la lune traversant progressivement la surface visible de droite à gauche.
