Hiện tượng nguyệt thực xảy ra khi mặt trăng chuyển dịch đến nửa phần trái đất không hướng về phía mặt trời. Khi đó mặt trăng, trái đất, mặt trời sẽ cùng hoặc gần cùng nằm trên một đường thẳng. Bóng tối của trái đất sẽ che khuất mặt trăng và xảy ra hiện tượng nguyệt thực.

Nguyệt thực sẽ xảy ra đúng ngày đông chí tại Bắc bán cầu – ngày mà khoảng thời gian ban ngày ngắn nhất và thời gian ban đêm dài nhất trong năm. Đây cũng là lần đầu tiên hai hiện tượng này xảy ra trùng ngày kể từ năm 1638.

Toàn bộ quá trình diễn ra nguyệt thực sẽ kéo dài trong thời gian 3,5 tiếng, từ 06h33-10h01 giờ GMT ngày 21/12, tức 1h33-5h01 chiều giờ Việt Nam. Nguyệt thực toàn phần – khi toàn bộ mặt trăng nằm hoàn toàn trong bóng tối của trái đất – kéo dài từ 2h41-3h53 chiều giờ Việt Nam.

Fred Espenak, chuyên gia nhật, nguyệt thực kỳ cựu của Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ (NASA), cho hay nguyệt thực toàn phần có thể nhìn thấy rõ nhất từ Bắc Mỹ, Greenland và Iceland.

Những người yêu thích thiên văn ở Tây Âu, Nam Mỹ, Tây Phi, Đông và Bắc Á cũng sẽ quan sát thấy nguyệt thực một phần.

Không giống như nhật thực – hiện tượng thiên văn mà người xem cần đeo kính bảo vệ để quan sát, nguyệt thực hoàn toàn an toàn để xem bằng mắt thường.

Nguyệt thực toàn phần lần gần đây nhất xảy ra vào ngày 21/2/2008. Sang năm 2011, nguyệt thực toàn phần sẽ xuất hiện vào ngày 15/6 và 10/12.