利用日食，尤其是日全食的特殊環境條件，可以進行很多方麵的科學研究。
首先是太陽色球和日冕及太陽活動的光學觀測研究，雖然現在有專業的大型太陽望遠鏡、色球望遠鏡、日冕儀以及太空觀測台可以進行這方麵的經常性觀測，但不能完全取代日食時的觀測。本書後麵將詳述用小型儀器容易進行的觀測研究。這裏僅簡介其他方麵的觀測研究情況。例如，在太陽射電的觀測研究中，小型射電望遠鏡利用日食過程提高了空間分辨率，可以研究太陽在射電波段的臨邊增亮和活動區的性質。
很多證據表明，地球氣候在過去5000年間發生了重大變化，按照全球氣候的數學模型，太陽的光度變化1％～2％就會對氣候有很大影響，前麵談到，衛星攜帶優良儀器在準確地測定太陽總輻照（因而光度）的變化。不過。還有一種間接方法，美國的索菲婭（S·Sofia）等推算，太陽光度減小1％應導致太陽（角）半徑減小0·72角秒。1836～1953年檢測出太陽的水平直徑和垂直直徑分別有2·25角秒／世紀和0·75角秒／世紀速率的長期減小；而從13次水星淩日時間觀測卻得出，太陽直徑減小速率小於0·3角秒／世紀；從測量日全食的月球本影帶南北界限（就是讓本影邊界附近的觀測者報告是否看到日全食）可以相當準確地推算出半徑，從1715年5月3日和1976年10月23日的日全食得出太陽半徑減小0·34角秒（誤差土0·2角秒），這相當於太陽光度減小0·5％和地球氣候變冷，而實際上卻是變暖，看來，情況實在複雜，有待更巧妙的觀測技術。
測定日食的日輪與月球各相切時刻和方位，可以檢驗預報，從而研究月球和地球的運行變化規律。
日食期間，太陽輻照減小，大氣溫度、氣壓及濕度都發生相應變化，這種變化也跟當地環境條件有關。
日食還有很多大氣效應。1870年的日全食將要開始時，房屋的外牆出現奇特的飄動波紋——“影帶”。氣象學家一直在觀測這種影帶，以研究低層大氣的變化。不過，影帶的寬度、間隔、速度和反差在不同日全食的表現不同，跟溫差和風速等有關，很難建立綜合理論。2001年6月21日的日全食時，觀測者專門在地上布置白布，用攝像機拍攝下這種變幻現象的過程。但2006年3月29日的日全食觀測到魔幻的影帶更複雜。
日食期間，不同天區的天光亮度、顏色和偏振也是變化的，例如，天頂呈藍色，地平呈紅色，觀測結果可以進行很好的理論解釋。
日全食的電離層效應是很顯著的。日全食期間，E層的離子總濃度下降50％；F層下部降30％以上；電子濃度減少30％，溫度降20％，變化是很快的。從1997年3月9日的觀測得出，200千米以下電離層（E層和F1層）完全受日食控製，往上受控製減弱。日全食期間臭氧的柱總量有些減少，近地麵濃度減少較明顯。
日全食對地磁場有影響，尤其月球本影帶的磁擾更為顯著。日全食也影響地麵大氣電場。
有的學者作了日食的生物“實驗”，例如，1954年6月22日波蘭發生日全食，誌願隊的觀察得出，哺乳動物（如狗、貓）不受日食影響，鳥類顯露焦慮跡象，尤其是全食帶的雲雀和麻雀停止鳴叫，昆蟲的日食反應更明顯，蜜蜂回巢，飛蛾出現，蝴蝶停歇在草地上，這些結果得到1961年2月15日等多次日全食觀察證實。