利用日食，尤其是日全食的特殊环境条件，可以进行很多方面的科学研究。
首先是太阳色球和日冕及太阳活动的光学观测研究，虽然现在有专业的大型太阳望远镜、色球望远镜、日冕仪以及太空观测台可以进行这方面的经常性观测，但不能完全取代日食时的观测。本书后面将详述用小型仪器容易进行的观测研究。这里仅简介其他方面的观测研究情况。例如，在太阳射电的观测研究中，小型射电望远镜利用日食过程提高了空间分辨率，可以研究太阳在射电波段的临边增亮和活动区的性质。
很多证据表明，地球气候在过去5000年间发生了重大变化，按照全球气候的数学模型，太阳的光度变化1％～2％就会对气候有很大影响，前面谈到，卫星携带优良仪器在准确地测定太阳总辐照（因而光度）的变化。不过。还有一种间接方法，美国的索菲娅（S Sofia）等推算，太阳光度减小1％应导致太阳（角）半径减小0.72角秒。1836～1953年检测出太阳的水平直径和垂直直径分别有2.25角秒／世纪和0.75角秒／世纪速率的长期减小；而从13次水星凌日时间观测却得出，太阳直径减小速率小于0.3角秒／世纪；从测量日全食的月球本影带南北界限（就是让本影边界附近的观测者报告是否看到日全食）可以相当准确地推算出半径，从1715年5月3日和1976年10月23日的日全食得出太阳半径减小0.34角秒（误差±0.2角秒），这相当于太阳光度减小0.5％和地球气候变冷，而实际上却是变暖，看来，情况实在复杂，有待更巧妙的观测技术。
测定日食的日轮与月球各相切时刻和方位，可以检验预报，从而研究月球和地球的运行变化规律。
日食期间，太阳辐照减小，大气温度、气压及湿度都发生相应变化，这种变化也跟当地环境条件有关。
日食还有很多大气效应。1870年的日全食将要开始时，房屋的外墙出现奇特的飘动波纹——“影带”。气象学家一直在观测这种影带，以研究低层大气的变化。不过，影带的宽度、间隔、速度和反差在不同日全食的表现不同，跟温差和风速等有关，很难建立综合理论。2001年6月21日的日全食时，观测者专门在地上布置白布，用摄像机拍摄下这种变幻现象的过程。但2006年3月29日的日全食观测到魔幻的影带更复杂。
日食期间，不同天区的天光亮度、颜色和偏振也是变化的，例如，天顶呈蓝色，地平呈红色，观测结果可以进行很好的理论解释。
日全食的电离层效应是很显著的。日全食期间，E层的离子总浓度下降50％；F层下部降30％以上；电子浓度减少30％，温度降20％，变化是很快的。从1997年3月9日的观测得出，200千米以下电离层（E层和F1层）完全受日食控制，往上受控制减弱。日全食期间臭氧的柱总量有些减少，近地面浓度减少较明显。
日全食对地磁场有影响，尤其月球本影带的磁扰更为显著。日全食也影响地面大气电场。
有的学者作了日食的生物“实验”，例如，1954年6月22日波兰发生日全食，志愿队的观察得出，哺乳动物（如狗、猫）不受日食影响，鸟类显露焦虑迹象，尤其是全食带的云雀和麻雀停止鸣叫，昆虫的日食反应更明显，蜜蜂回巢，飞蛾出现，蝴蝶停歇在草地上，这些结果得到1961年2月15日等多次日全食观察证实。
西方的“月文化”
在中国人眼中月亮代表美好和团聚，在西方人的眼中有时却代表自私、狂躁或是邪恶。
凡·高是法国著名印象派画家，他激情创作出的《星月夜》，曾给世人带来许多的纷争。在100多年的争论中，人们一直为右上角那个圆球到底是太阳还是月亮的争论没有结果。美国西南得州大学的天文学家纳德·奥尔森经过多年的研究，坚定不移地确认图中的圆球绝对是月亮。凡·高创作的画均有些怪异。这幅画寓意黑暗越来越多的来临，是当时他心境的写照。
古印度传说中，就有月神苏摩为了抢夺别人家的妻子，不惜掀起一场神界大战，这种自私的疯狂和残酷，就连印度信奉的大地女神也为之震惊。
莎士比亚在其名著《仲夏夜之梦》中更是将月神这个自私、狂躁的形象描绘得绘声绘色：“执掌潮汐的月亮，因为再也听不见夜间颂神的歌声，气得脸孔发白，在空气中播满了湿气，人一沾染上就要害风湿症。”西方人自古就认为精神错乱与月亮盈亏相关，就连英文里面的疯子“lunatic”这个字，也是从拉丁文“lu-na”（月亮）演变而来的。2005年，在伦敦召开的世界神经病学大会上，曾以许多病案加以证认。像美国的医学专家声称接受研究的一名51岁的男性病人患有癫痫症，但只有在满月时才会发作，据科学家估计是月亮引力的微妙改变，可能在某种方面触动了癫痫症的发作。在西方月亮文化中也有表现温馨的话题。例如：俄罗斯著名画家伊凡·尼古拉耶维奇·克拉姆斯柯依（1837-1887）创作的油画《月夜》，在美术史上誉为“爱情诗”的油画。他以俄罗斯的民族艺术风情，叙述了一个美丽的故事。画家用银灰色调渲染了夏夜的恬静，没有微风，参天的菩提树显得神秘幽邃，夜色中的蔷薇花散发着清香。这样的时刻，一个穿白色衣裙的美女，独坐池塘边的长椅上，她面前的池塘中漂浮着睡莲积菖蒲，一轮明月倒映在水中。人物与环境处理得十分和谐，迷蒙的月光洒满林中，恍若仙境，令人向往，使人陶醉。当每个驻足观看此画人，不由自主地被那人物美、环境美、月夜美所触动，这是一幅以画笔描述的爱情诗的温馨画卷。
