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（误差土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着的。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着。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。