Sonnenfinsternisse (Eklipse) gehören zu den beeindruckensten Naturschauspielen überhaupt – insbesondere eine totale Finsternis, wie sie nur sehr selten von einem bestimmten Ort auf der Erde aus zu beobachten ist. Eine Sonnenfinsternis ist ein astronomisches Ereignis das eintritt, wenn die Sonne komplett oder teilweise durch den Mond verdeckt wird.
Bedingung ist also, dass der Mond zwischen Erde und Sonne steht, was bei Neumondphase der Fall ist. Zudem muss der Mond gleichzeitig die Ekliptik schneiden. Denn die Mondbahn ist rund 5° zur Ekliptik geneigt und schneidet sie in zwei Punkten – aufsteigender und absteigender Knoten genannt. In den meisten Fällen verfehlt der Mondschatten aus diesem Grund die Erde und wandert über oder unter ihr vorbei.
Beide Bedingungen (Neumond und Passage des ab- oder aufsteigenden Knotens) werden in einem zeitlich bekannten Rhythmus monatlich erfüllt. Der zeitliche Abstand eines Neumonds zum darauf folgenden ist der uns bekannte Monat und dauert 29,530589 Tage. Die Knotenpunkte der Mondbahn (Kreuzen der Ekliptik) dagegen werden jeweils alle 27,212220 Tage durchlaufen. Innerhalb von 18 Jahren und 11 Tagen gibt es (fast) genau 223 Neumonde und 242 Knotenpassagen. Diesen Rhythmus nennt man Sarosperiode.
Grafik 1: Die Szenerie bei einer Sonnenfinsternis: der Mond steht zwischen Sonne und Erde und wirft seinen Schatten auf die Erde.
Grafik 2: Die folgende Grafik illustriert die verschiedenen Situationen. Wie man erkennen kann, kommt es nur bei den Positionen A und B zu einer Sonnenfinsternis.
Da sich die Knotenlinie der Mondbahn in 18,6 Jahren einmal dreht, verschieben sich die Zeitpunkte der Finsternisse. Die Drehung erfolgt in Westrichtung (Rückwärtsbewegung der Mondknoten) weswegen der gleiche Knoten bereits nach 346,6 Tagen passiert wird – das Finsternisjahr.
Mond und Sonne haben am Himmel beide einen scheinbaren Durchmesser von etwa 0,5°. Dieser Gegebenheit verdanken wir es, dass der Mond die Sonne komplett verdecken kann.
Dies ist aber nicht bei jeder Finsternis der Fall. Denn der Mond bewegt sich nicht auf einer Kreisbahn um die Erde, sondern auf einer Ellipse. Diese Bahn führt ihn jeden Monat durch einen erdnächsten (Perigäum) und einen erdfernsten Punkt (Apogäum). Der Erde-Mondabstand schwankt daher zwischen 356.410 km und 406.740 km, also rund 13%!
Dadurch variiert der scheinbare Monddurchmesser zwischen 29,35 und 33,50 Bogenminuten (60 Bogenminuten = 1 Grad).
Weiterhin bewegt sich auch die Erde auf einer Ellipse, die Größe der Sonnenscheibe schwankt zwischen 31,51 und 32,59 Bogenminuten. Anhand dieser Werte erkennt man, dass der Mond nicht immer in der Lage ist, die Sonne komplett zu verdecken. Bei einer totalen Sonnenfinsternis sind die beiden Scheiben mindesten gleichgroß.
Grafik 3 illustriert die beiden Extremfälle: das linke Bild entspricht einem Mond in Erdferne und der Erde in Sonnennähe. Das Resultat ist eine Ringförmige Sonnenfinsternis mit einem sehr dicken Lichtring. Das rechte Bild entspricht wiederum einem Mond in Erdnähe und der Erde in Sonnenferne, das Ergebnis ist eine totale Sonnenfinsternis mit der längsten möglichen totalen Phase. Der Sonnenrand ist hier als dünne Kreislinie eingezeichnet.
Der Schattenkegel des Mondes berührt
bei einer Sonnenfinsternis mit seiner Spitze die Erdoberfläche. Ist der Mond jedoch zu weit weg von der Erde (und der scheinbare Durchmesser zu klein um die Sonne vollständig abzudecken) kann es nicht zur totalen Phase kommen. Der Kernschattenbereich hat im Idealfall (bei Sonnenferne der Erde und gleichzeitiger Erdnähe des Mondes) einen Durchmesser von etwa 260 km. Durch die Eigenbewegung des Mondes wandert der Kernschatten über die Erdoberfläche. Der Mittelpunkt des Schattens zeichnet
dabei eine Linie, die man als Zentrallinie bezeichnet. Dort dauert die totale Phase am längsten. In der Regel sind das nur wenige Minuten, da sich der Schatten mit rund zweifacher Schallgeschwindigkeit über die Erdoberfläche bewegt. Im oben genannten Idealfall erreicht auch die Finsternisdauer ihre theoretisch maximale Länge von 7 Minuten und 42 Sekunden.
Die Totalität ist also nur innerhalb eines schmalen Streifens auf der Erde beobachtbar, was das Eintreffen eines solchen Ereignisses an einem bestimmten Ort auf der Erde so selten macht. Am 11. August 1999 war in Deutschland eine totale Sonnenfinsternis zuletzt zu sehen und bis zur nächsten wird es noch bis 2081 dauern. Daher ist es fast immer nötig einen bestimmten Ort zur Beobachtung aufzusuchen, der möglichst nahe an der Zentrallinie liegt.
Zudem sollte man einen Ort im Finsternispfad aufsuchen, bei dem die Totalität nahe der Mittagszeit erreicht wird, denn auch hiervon hängt die Länge der totalen Phase ab.
Totale Sonnenfinsternis: Der Mond zieht genau vor der Sonne vorbei. Sein scheinbarer Durchmesser ist mindestens genauso groß wie der der Sonne, sodass die Sonne für kurze Zeit komplett verdeckt wird. Je größer er ist, desto länger dauert die Finsternis. Diese Finsternis-Art ist die interessanteste, da nur hier die Korona beobachtet werden kann. Ansonsten wird sie vom grellen Sonnenlicht überstrahlt. 
Ringförmige Sonnenfinsternis: Der Mond ist zu weit von der Erde entfernt und sein scheinbarer Durchmesser ist zu klein um die Sonne ganz zu verdecken. Der Kernschattenraum des Mondes trifft nicht auf die Erde. Bei maximaler Bedeckung ist ein dünner Lichtring zu sehen, der die dunkle Mondscheibe umgibt. Je kleiner die Mondscheibe relativ zur Sonnenscheibe ist, desto länger dauert die ringförmige Phase.
Partielle Sonnenfinsternis: Die Passage der Mondbahnknoten ereignet sich etwas zu früh oder zu spät, sodass die Mondscheibe die Sonnenscheibe nur streift. Natürlich durchläuft jeder Finsternis-Typ eine partielle Phase. Wird nur ein kleiner Teil verdeckt, verläuft eine partielle Sonnenfinsternis praktisch unbemerkt.
Korona: sie ist die wohl interessanteste Erscheinung, die mit einer totalen Sonnenfinsternis in Verbindung gebracht wird. Sie ist der äußerste und sehr dünne 
Chromosphäre & Protuberanzen: Kurz lässt sich auch die Chromosphäre als roter Lichtsaum um die dunkle Mondscheibe herum beobachten. Ebenso ragen die rötlichen Protuberanzen hervor, die sich über 100000 km und mehr über die Sonnenoberfläche erheben können. Die Chromosphäre ist eine etwa 2000 km dicke Gasschicht der Sonnenatmosphäre zwischen Photosphäre und Korona. Sie besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium.
Perlschnur- & Diamantringeffekt: Kurz vor und nach der Totalität gelangt das letzte gleißend helle Sonnenlicht durch die Gräben und Täler am Mondrand und bildet eine Kette aus hellen 
Bei Fortgeschrittener partieller Phase lassen sich bei Baumschatten viele kleine Abbildungen der Sonnensichel beobachten. Sie entstehen durch den so genannten Lochblenden-Effekt (Camera Obscura). Das Blattwerk der Bäume wirkt mit seinen vielen kleine Lücken als großes Ensemble aus zufällig angeordneten Lochblenden.
Himmelsfarben: Um die verfinsterte Sonne herum färbt sich der Himmel in ein tiefes Dunkelblau und der Horizont wird gelb oder orange, ähnlich einer Dämmerung. Diese Farben Säumen im Gegensatz zur Alltagserfahrung jedoch den gesamten Horizont.