Úplné zatmenie Mesiaca nastáva, keď sa celý Mesiac vnorí do tieňa Zeme. Pri čiastočnom zatmení Mesiaca iba jeho časť vstúpi do tieňa Zeme. Ak Mesiac prechádza iba polotieňom Zeme, ohraničeným vnútornými dotyčnicami Slnka a Zeme, nastáva polotieňové zatmenie Mesiaca. Keďže slnečné svetlo je v polotieni Zeme iba nepatrne zoslabené, polotieňové zatmenia Mesiaca sa vizuálne nepozorujú, a preto sa ani do štatistiky zatmení nezapočítavajú. Čiastočné zatmenie Mesiaca môže trvať najviac 3 hodiny 49 minút, úplné zatmenie Mesiaca maximálne 1 hodinu 44 minút a polotieňové zatmenie Mesiaca 5 hodín 57 minút. Zatmenie Mesiaca možno pozorovať vizuálne. Ďalekohľadom sa obyčajne pozoruje vstup mesačných kráterov do tieňa.

Zatmenie sa začína dotykom mesačného kotúča s hranicou tieňa Zeme. Túto hranicu premieta zemská atmosféra. Rozptyl a lom svetla v zemskej atmosfére spôsobuje, že Mesiac je aj po úplnom vnorení sa do tieňa Zeme čiastočne osvetlený. Slabá žiara Mesiaca počas úplného zatmenia sa nazýva popolavý svit. Tmavosť každého zatmenia Mesiaca je rôzna, pretože závisí na stave atmosféry Zeme. Veľmi tmavé zatmenia bývajú napríklad po výbuchu veľkých sopiek, keď je vzdušný obal Zeme "zaprášený" popolčekom zo sopky. Relatívnu tmavosť zatmení hodnotí Danjonova škála:

L=0 - Veľmi tmavé zatmenie, Mesiac takmer nevidno.
L=1 - Tmavé zatmenie šedej, alebo hnedej farby, detaily sú ťažko rozlíšiteľné.
L=2 - Temne červené sfarbenie tieňa, hlavne v strede. Pri okrajoch pomerne svetlé.
L=3 - Jasne červený tieň, pri okraji prechádza farba do žltej.
L=4 - Veľmi svetlý, až ružový tieň. Okrajové oblasti majú modrastý nádych.
Vzhľadom na to, že zatmenie Mesiaca podobne ako zatmenie Slnka nastáva vtedy, keď sú Mesiac a Slnko zoradené na priamke v blízkosti uzla dráhy Mesiaca, aj frekvencia zatmení Mesiaca sa opakuje s periódou saros. Za toto obdobie nastáva 28 zatmení Mesiaca, z ktorých je asi polovica úplných. v jednom roku môžu nastať najviac 3 zatmenia Mesiaca.

Zatmenie Slnka
Úplné zatmenie Slnka patrí medzi najzaujímavejšie prírodné úkazy. Začína sa vždy čiastočným zatmením Slnka, pri ktorom Mesiac čoraz viac zakrýva Slnko. (Postupujúci tmavý mesačný kotúč možno pozorovať cez zadymené sklíčko, filter, alebo priemetom obrazu slnečného disku na bielu plochu.) Na začiatku je pokles intenzity svetla nepatrný. Výrazný pokles intenzity svetla nastáva až tesne pred úplným zatmením. v čase úplného zatmenia Slnka je obloha tmavá a vidieť na nej najjasnejšie hviezdy. Aj teplota rýchlo klesá až o 10°C. Okolo tmavého slnečného kotúča žiari jasná koróna. O niekoľko minút úkaz rovnako rýchlo zmizne, ako začal, i teplota vzduchu opäť stúpne na pôvodnú hodnotu. Vplyvom pohybu Slnka, Zeme a Mesiaca sa mesačný tieň po povrchu Zeme rýchlo pohybuje (rýchlosťou približne 1 km/sec). Pre určité miesto na Zemi je preto úplné zatmenie jav časovo veľmi obmedzený, najdlhšie úplné zatmenie môže trvať asi 7,5 minúty. Najväčšia šírka mesačného tieňa na povrchu Zeme je 270 km. Len v tomto úzkom páse totality môžeme na povrchu Zeme pozorovať úplné zatmenie Slnka.

"Úplné zatmenie Slnka je úžasným prírodným divadlom. v priebehu takmer celého čiastočného zatmenia nie je citeľná nejaká zmena osvetlenia krajiny. Približne 5 sekúnd pred začiatkom úplného zatmenia sa začne prudko stmievať, po niekoľkých sekundách sa objaví koróna ako striebristý prstenec okolo Slnka a objavia sa i červené protuberancie na slnečnom okraji. Krátko potom zmizne uzučký prstenec Slnka, ktorý sa tesne pred začiatkom úplného zatmenia rozpadol na niekoľko žiariacich bodov vplyvom nerovnosti mesačného okraja (Bailyho perly)." - tak opisujú tento prírodný úkaz ľudia, ktorí ho skutočne mali šťastie pozorovať.

Zatmenie Slnka môže nastať, keď je Mesiac vo fáze novu. Úplné, resp. prstencové, zatmenie Slnka, je však možné pozorovať len z tých miest na zemskom povrchu, kde prejde stopa plného tieňa Mesiaca. Keďže Slnko je približne 400-násobne väčšie než Mesiac a je 390-násobne ďalej ako Mesiac, kotúč Slnka sa javí na oblohe približne rovnako veľký ako kotúč Mesiaca (asi 0,5°). Ani dráha Mesiaca okolo Zeme, ani dráha Zeme okolo Slnka, netvoria ideálne kružnice, ale málo výstredné elipsy, mesačný kotúč môže zakryť Slnko úplne, čiastočne alebo prstencovo. v prípade prstencového zatmenia je kotúčik Mesiaca o málo menší ako kotúč Slnka a tak svieti nezakrytý slnečný prstenec (na oblohe pozorovateľný kotúčik Mesiaca je totiž vďaka väčšej vzdialenosti Mesiaca a prípadne i menšej vzdialenosti Slnka od Zeme v čase zatmenia menší ako kotúčik Slnka, takže ho celý nezakryje). v miestach na povrchu Zeme, ktoré sa dostanú do polotieňa Mesiaca je pozorovateľné čiastočné zatmenie; v tomto prípade je len časť slnečného disku zaclonená Mesiacom.