Ay kendi yörüngesinde dolanırken, kimi zaman Dünya'nın gölgesine girer. Buna Ay tutulması denir. Ay tutulması, dolunay zamanında ve ayın düğüm noktalarına yakın olması durumunda meydana gelir. Ay'ın Dünya'nın gölgesine girmesi ile Güneş'ten aldığı parlaklığı kaybetmesi neticesinde görülür.
Güneş karşı düğüm noktasında veya ona yakın olmalıdır. Bu şartlar altında Dünya'nın gölgesi Ay'a düşer. Bu 42.000.000.000. km uzanan gölge konisi ay uzaklığından yaklaşık 8800 km geniştir. Ay saatte 3456 km hareket ettiği için, ortalama Ay tutulmasının zamanı yaklaşık 40 dakika ile bir saat arasında değişir.
Ay tutulması, yeryüzünün ayın ufuk çizgisinin üzerinde olduğu herhangi bir bölgesinden gözlenebilir. Ay'a karşı olan Dünya yüzeyine çarpan güneş ışınları Dünya'nın atmosferi tarafından kırıldığı için, Ay tutulmasında Ay tamamen kaybolmaz. Dünya etrafında kırılan ışıklarda mavi renk yutulduğu ve kırmızı renk yansıtıldığı için, Dünya'nın gölgesi kırmızı renkte görülür.
Bu güçsüz ışık kalıntıları görünürlüğü mahalli atmosferik şartlara bağlı olarak Ay'ı tuhaf bir bakır renginde ortaya çıkarır. Dünya, Ay ve Güneş'in bazı değişik durumları Kısmi Ay Tutulmasını sağlar. Bu durumlarda Ay'ın üzerine Dünya'nın tam gölgesi değil, kısmi gölgesi düşer.
Ay tutulması genellikle yılda iki kere ortaya çıkar. Bazı özel durumlarda ay tutulmasının hiç ortaya çıkmadığı veya üç defa ortaya çıktığı da olabilir.