La Luna es una esfera y no se encoge ni crece durante el mes. Lo que cambia es la parte iluminada que podemos ver desde la Tierra.
Salvo durante un , el Sol ilumina aproximadamente la mitad de la Luna en cada . Mientras la Luna viaja alrededor de la Tierra, cambia la posición de esa mitad brillante respecto a nosotros.
Cuando la Luna está entre la Tierra y el Sol, la parte iluminada queda principalmente del lado que no vemos y tenemos luna nueva. Días después aparece una pequeña parte brillante: el creciente. Al avanzar en su vemos cada vez más de la mitad iluminada hasta llegar a luna llena, cuando la Tierra está aproximadamente entre el Sol y la Luna. Luego ocurre el proceso contrario.
Ejemplo: coloca una pelota en una habitación oscura y alumbra con una linterna desde un punto fijo. Si caminas alrededor de la pelota o la mueves alrededor de ti, aproximadamente la mitad seguirá iluminada por la linterna, pero desde tu posición verás cantidades diferentes de esa zona clara.
El ciclo completo de fases dura unos 29,5 días desde una luna nueva hasta la siguiente. Eso es un poco más que el tiempo que la Luna tarda en dar una vuelta respecto a las estrellas, porque la Tierra también se mueve alrededor del Sol mientras tanto.
Las fases no son causadas por la sombra de la Tierra. La sombra terrestre participa en los eclipses lunares, que son fenómenos distintos y mucho menos frecuentes.
Un detalle: personas en distintos lugares de la Tierra ven la misma fase general al mismo tiempo, aunque la orientación del dibujo puede parecer girada según el hemisferio y la posición en el cielo.
Por qué llegamos a esta respuesta: la geometría Sol‑Tierra‑Luna explica todas las fases y permite predecirlas con mucha precisión.