Iluminada pelo Sol, a Terra sempre projeta uma imensa sombra no espaço, na direção oposta aos raios solares. Ela se estende em forma de cone por mais de um milhão de quilômetros e se divide em duas regiões: a penumbra e a umbra, ou sombra propriamente dita, sendo que o cone de penumbra envolve o cone de sombra. Como a Lua gira em torno da Terra, vez por outra ela pode adentrar no cone de sombra ou penumbra. São os eclipses lunares.
Para que aconteça um eclipse lunar é necessário que a Terra esteja exatamente entre a Lua e o Sol. Se o nosso satélite girasse no mesmo plano da órbita terrestre haveria eclipse todos os dias de Lua Cheia. Como isso não acontece, é preciso que a Lua Cheia coincida com a passagem pelos nodos, que são as interseções do plano da órbita da Terra com o plano da órbita lunar (figura abaixo).
Como a Terra tem mais de 3 vezes o diâmetro da Lua, sua sombra pode envolver facilmente o nosso satélite, quando então dizemos que o eclipse é total. Se a Lua atravessa somente o cone de penumbra da Terra ocorre um eclipse penumbral. Uma imersão parcial no cone de sombra configura um eclipse lunar parcial.
Mesmo totalmente imersa na sombra gerada pela Terra, a Lua não desaparece por completo. A atmosfera terrestre desvia os raios solares para o eixo do seu cone de sombra.
A Lua então se tinge de um belo vermelho-alaranjado e todas as populações da Terra que tiverem a Lua Cheia acima do horizonte assistirão ao fenômeno. Um observador na Lua veria o Sol totalmente encoberto pelo nosso planeta.
A Lua leva cerca de 1 hora para transitar da penumbra à sombra, enquanto outra hora é necessária para que o eclipse seja total. A fase de obscurecimento completo dura cerca de 1 hora e 30 minutos (eclipses parciais demoram bem mais). Duas horas mais tarde o eclipse termina.
Portanto, um eclipse lunar pode demorar cerca de 5 horas e 30 minutos (do começo ao fim), tempo que afinal é mais do que suficiente para observações detalhadas. Na tabela abaixo os mais longos deste século, sendo que a duração se refere à totalidade ou parcialidade (não inclui a fase penumbral).
| Os mais longos eclipses lunares do século XXI | ||
|---|---|---|
| Tipo | Data | Duração |
| Total | 27 de julho de 2018 | 1h e 42min |
| Total | 7 de julho de 2047 | 1h e 40min |
| Total | 28 de junho de 2094 | 1h e 39min |
| Parcial | 19 de novembro de 2021 | 3h e 28min |
| Parcial | 11 de dezembro de 2057 | 3h e 24min |
| Parcial | 7 de agosto de 2055 | 3h e 23min |
A cada ano ocorrem no máximo 7 eclipses, sendo que no mínimo 2 são lunares. Após 18 anos e 11 dias eles voltam a ocorrem numa mesma sequência. É o período (ou ciclo) de Saros, que já era conhecido na antiga civilização dos caldeus. Em cada Saros ocorrem 70 eclipses, sendo 29 lunares. 
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