Kort antwoord:
Dat is mogelijk doordat de maan rond de aarde draait en aan de hemel soms in de buurt van de zon staat.
Langer antwoord:
De zon schijnt overdag; de maan 's nachts. Tenminste, dat denken veel mensen. Maar in werkelijkheid is het wat ingewikkelder. Ja, de zon schijnt overdag, om de simpele reden dat de afwisseling van dag en nacht nu juist veroorzaakt wordt door het opkomen en ondergaan van de zon. Maar de maan kan zowel 's nachts als overdag aan de hemel staan.
De maan geeft zelf geen licht, zoals de zon. In plaats daarvan weerkaatst hij het zonlicht. Dat betekent dat de maan (net als de aarde) altijd één verlicht halfrond en één donker halfrond heeft. Kijken wij tegen het verlichte halfrond aan, dan zien we een Volle Maan. Dat is het geval wanneer de maan min of meer tegenover de zon aan de hemel staat. Kijken we tegen het donkere halfrond aan, dan is het Nieuwe Maan; de maan staat dan (gezien vanaf de aarde) min of meer in de richting van de zon. Halverwege die twee uitersten zien we een maan die voor een deel verlicht is: een smalle sikkel, een halve maan, of een voor driekwart verlichte maan.
Deze schijngestalten van de maan worden dus veroorzaakt doordat de maan rond de aarde draait, waardoor wij steeds op een andere manier tegen het dag- en nachthalfrond van de maan aankijken. En bij elke maanstand hoort een bepaalde zichtbaarheidsperiode. Zo is een Volle Maan natuurlijk de gehele nacht zichtbaar, omdat hij zich ongeveer tegenover de zon aan de hemel bevindt. Een Eerste Kwartier-maan is alleen in de eerste helft van de nacht te zien; een Laatste Kwartier-maan alleen in de laatste helft van de nacht. En een Nieuwe Maan gaat min of meer tegelijk met de zon op en onder.
Hieruit blijkt al meteen dat een Nieuwe Maan overdag aan de hemel staat. Alleen is hij niet te zien, omdat we bij Nieuwe Maan nu net tegen het onverlichte halfrond aankijken. Maar een Eerst Kwartier-maan kan vaak al geruime tijd vóór zonsondergang worden waargenomen, en een Laatste Kwartier-maan is vaak lang na zonsopkomst nog zichtbaar.
Zo vreemd is het dus niet dat we de maan af en toe overdag aan de hemel zien staan. Hij valt natuurlijk wel veel minder op, omdat de daghemel zo helder is. Dat is waarschijnlijk de reden dat veel mensen zich helemaal niet bewust zijn van het feit dat de maan vaak ook overdag te zien is.