Аристотель в IV столетии до н. э. объяснял этот эффект увеличивающим свойством атмосферы: свет Луны преодолевает более плотный слой воздуха, действующий как увеличительное стекло.

Сегодня нам известно: это трюк человеческого зрения, а не странное свойство планетных систем, так как фотографии Луны, измеренные линейкой, показывают одинаковую ширину на любой высоте.

Подавляющая часть нынешних объяснений сходится в том, что иллюзия связана с неспособностью мозга оценить размер и аленность необычных объектов вроде Луны. Одна теория утверждает, что объекты на горизонте типа деревьев или гор создают ощущение, будто Луна расположена ближе. Вот почему мозг воспринимает её как более крупную. Тот же эффект наблюдается в иллюзии Понцо, когда пара одинаковых линий кажется различной длины из-за сходящегося фонового рисунка. Однако космонавты на орбите также испытывают лунную иллюзию, хоть у них и нет горизонта с привычными объектами, искажающими восприятие расстояния.

Эксперты советуют не искать идеального объяснения, а просто наслаждаться красивым зрелищем огромной Луны, реальной или кажущейся.