Sigue sin hallarse la explicación a esta ilusión relativa a la Luna. No se trata de un fenómeno atmosférico, y la Luna parece realmente mayor en el horizonte que cuando se encuentra alta en el cielo, sobre todo durante la Luna llena de septiembre (la «luna de la cosecha»). La Luna no cambia obviamente su tamaño aparente, ya que si se sostiene una moneda con el brazo extendido, se cubre del mismo modo la Luna tanto en el horizonte como cuando está en lo alto del cielo. Debe existir un fundamento relacionado con el mecanismo cerebral de la visión, como ocurre también con otras muchas ilusiones ópticas que engañan al ojo.
El libro The Moon illusion, editado por Maurice Hershenson (Erlbaum Associates, 1989) está dedicado a este fenómeno y considera los pros y los contras de las explicaciones más comunes a esta ilusión, algunas de las cuales se remontan a los tiempos de Aristóteles. La explicación más popular es la que relaciona el fenómeno con la visión de objetos de tamaño familiar, tales como árboles y edificios, que se comparan con el tamaño de la Luna cuando ésta se halla cerca del horizonte, mientras que no se dispone de referencias similares en la parte elevada del cielo. Otras explicaciones apelan a la refracción atmosférica, la cual es mayor en el horizonte que en la zona alta del cielo. Se han invocado incluso cosas como el modo en que el cerebro humano procesa la información visual implicada en el fenómeno. En el fondo, la ilusión lunar está relacionada tan profundamente con el problema general de la percepción humana del espacio, que los expertos todavía no comprenden del todo los factores fisiológicos que contribuyen a la misma.
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