Die Entstehung einer Sonnenfinsternis ist zunächst ganz einfach zu erklären: Eine Sonnenfinsternis entsteht, wenn sich der Mond bei seiner Drehung um die Erde so vor die Sonne schiebt, dass diese von der Erde aus nicht mehr sichtbar ist. Anders ausgedrückt: Eine Sonnenfinsternis entsteht, wenn der Mond einen Schatten auf die Erde wirft. Zu einer Sonnenfinsternis kann es wegen der notwendigen Konstellation Sonne - Mond - Erde nur kommen, wenn wir uns in einer Neumondphase befinden.

Doch warum kommt es nicht bei jeder Neumondphase zu einer Sonnenfinsternis bzw. bei jeder Vollmondphase zu einer Mondfinsternis? Der Grund hierfür liegt darin, dass die Bahn des Mondes um die Erde um etwa 5° gegenüber der Bahn der Erde um die Sonne, der sog. Ekliptik, geneigt ist. (In der folgenden Skizze ist die Mondbahnebene grün, die Ekliptik gelb eingefärbt. Der hellgrüne Teil der Mondbahnebene befindet sich oberhalb, der olivgrüne Teil der Mondbahnebene unterhalb der Ekliptik.) Wegen dieser Neigung befindet sich der Mond und damit auch der von ihm erzeugte Schatten meistens oberhalb bzw. unterhalb der Ekliptik. Nur wenn sich der Mond nicht nur in seiner Bahn um die Erde, sondern auch gleichzeitig in der Ekliptik befindet, kann es demzufolge zu einer Finsternis kommen. Die Schnittpunkte der Mond- mit der Erdbahn werden als Knoten bezeichnet.

Die Skizze macht deutlich, dass es nur in zwei Fällen zu einer Finsternis kommen kann. Dies wiederum legt die Vermutung nahe, dass es immer zu gleichen Zeiten im Jahr im Abstand von jeweils einem halben Jahr zu Finsternissen kommen kann. Das ist allerdings, wie die Vergangenheit zeigt, nicht der Fall. Dies ist darin begründet, dass die so genannte Knotenlinie (darunter versteht man die gedachte Linie durch die beiden Knoten und die Erde) nicht immer in die gleiche Richtung zeigt, sondern sich entgegengesetzt zur Drehung der Erde um die Sonne dreht. Innerhalb eines Jahres dreht sie sich dabei um etwas weniger als 20°, für eine komplette Drehung um 360° benötigt sie 18,6 Jahre. Wegen dieser Drehung der Knotenlinie kann es also an jeder Stelle der Erdumlaufbahn, also zu jedem beliebigen Datum, zu einer Sonnenfinsternis kommen.

Eine Sonnenfinsternis entsteht also, wenn Sonne, Mond und Erde genau oder annähernd auf einer Geraden liegen, d.h. sich der Mond zwischen den Beobachter und die Sonne schiebt. Weil der scheinbare Durchmesser der Mondes ungefähr gleich dem der Sonne ist, kann der Mond bei günstigen Verhältnissen die Sonne für den Beobachter auf der Erde verdecken - die Sonne ist dann für kurze Zeit nicht oder nur teilweise sichtbar. Man spricht auch von einer Sonneneklipse. Man unterscheidet vier Arten von Sonnenfinsternissen:

Totale Sonnenfinsterns
Partielle Sonnenfinsternis
Ringförmige Sonnenfinsternis
Hybride Sonnenfinsternis

Der Beobachter befindet sich im Kernschatten (Umbra) der Sonne, die Sonne ist zur Gänze verdeckt. Der Kernschatten bewegt sich auf Grund der Rotation der Erde und der Bahn des Mondes mit einer Geschwindigkeit von 35 km/min in westöstlicher Richtung über die Erdoberfläche und führt so zu der oft mehrere 1000 km langen Totalitätszone. Er ist beinahe ellipsenförmig und hat einen Durchmesser von bis zu 264 km. Die so entstehenden Mittelpunkte der Ellipsen bilden eine Linie, die als Zentrallinie bezeichnet wird. Je näher der Beobachter dieser Linie kommt, umso länger kann der Effekt der totalen Eklipse erlebt werden. Der Bereich der totalen Eklipse ist im allgemeinen sehr klein, die Totalitätsdauer an einem Ort kann bis zu 7,5 Minuten betragen.

Bei einer totalen Eklipse kann manchmal kurz davor oder danach das Perlschnurphänomen beobachtet werden, oder auch der Diamantringeffekt, bei dem die Sonne eben noch durch ein Mondtal hindurchscheint und dann auf dem Ring der Chromosphäre wie ein Diamant aufleuchtet. Eine totale Finsternis ist besonders für die Wissenschaft von großem Interesse, weil die Korona von der Erde aus nur während der Dauer einer Totalität visuell und spektoskopisch in vollem Umfang untersucht werden kann.

Der Mond zieht nicht vor der Sonne , sondern etwas darüber oder darunter vorbei und verdeckt sie deshalb nur teilweise. Wenn nicht ein beträchtlicher Teil der Sonne bedeckt wird, bleibt die partielle Sonnenfinsternis in der Regel unbemerkt. Auch eine totale Sonnenfinsternis beginnt und endet mit einer teilweisen Verdeckung der Sonne.

Sowohl die Umlaufbahn der Erde um die Sonne, als auch die Umlaufbahn des Mondes um die Erde sind leicht elliptisch. Dadurch ändern sich die Entfernungen von Sonne und Mond zur Erde. Wenn der Mond besonders weit von der Erde entfernt ist, ist die "Mondscheibe" nicht mehr groß genug, um die ganze "Sonnenscheibe" abzudecken. Wenn der Mond genau vor der Sonne vorbeizieht, erfolgt statt einer totalen Sonnenfinsternis eine ringförmige Finsternis, bei der der äußere Rand der Sonne sichtbar bleibt. Ringförmige Sonnenfinsternisse sind deshalb nur dann möglich, wenn der Mond von der Erde aus kleiner erscheint als die Sonne. Hierbei gilt die Regel: Je kleiner der Mond erscheint, desto länger dauert die Finsternis.

Sie beginnt und endet stets als ringförmige Finsternis und erreicht im mittleren Teil des Verlaufs kurz Totalität. Hybride Sonnenfinsternisse sind recht selten, sie machen im langjährigen Kanon nur ca. 1 Prozent aller Fälle aus. Am 8. April 2005 ereignete sich eine derartige hybride Finsternis im östlichen Pazifik vor Costa Rica/Panama für ca. 30 Sekunden. Die nächste findet erst 2013 statt. Dieser Wechsel zwischen ringförmiger über totale und wieder zurück zu ringförmiger Abdeckung kommt dadurch zustande, dass zum Zeitpunkt der Finsternis der Abstand des Mondes zur Erdoberfläche ziemlich genau der Länge des Schattenkegels des Mondes entspricht. Der Mond deckt die Sonne also gewissermaßen "gerade so" ab und dies - wegen der Kugelform der Erde - eben auch nicht während des gesamten Verlaufs (daher der Wechsel). Dementsprechend kurz sind die totale und partiellen Phasen (wenige Sekunden) und der Durchmesser des Kernschattens erreicht auch nur wenige dutzend Kilometer. Der Übergang von partiell zu total und umgekehrt findet bei einer Kernschattenbreite von 0 km statt.