אחת מתופעות הטבע המעניינות ביותר היא "הגאות והשפל". בזמן הגאות הים מבקש להציף את החוף, ובזמן השפל הוא נסוג לאחור. בשירת הים עם-ישראל שר ומהלל לה' "אָשִׁירָה לַה' כִּי גָאֹה גָּאָה סוּס וְרֹכְבוֹ רָמָה בַיָּם" (שמ' טו, א). האם יש רמז במלים "כִּי גָאֹה גָּאָה" לתופעת הגאות, שבאמצעותה ה' הטביע את המצרים? אם כן, הייחודיות של הנס הייתה בעוצמת הגאות, ובתזמון המדויק שבו היא התרחשה.
במאמר "מדוע הירח מקיף את כדור הארץ?", למדנו שהירח נע סביב כדור-הארץ כתוצאה ממסת החומר הגדולה של כדור-הארץ ביחס לירח, מסת החומר של כדור-הארץ היא המקור לכוח המשיכה שבו נמשך הירח לכדור-הארץ. ברם, גם לירח יש כוח משיכה משלו שפועל בזמנים מסוימים, כלומר לפי מיקומו של הירח ביחס לשמש ולכדור-הארץ. באותם הזמנים, הוא מצליח למשוך אליו את מי האוקיינוסים, תופעה זו נקראת "גאות".
הגאות החזקה ביותר מתרחשת באזור הקרוב ביותר לירח באותו הזמן, וכאשר כדור-הארץ, הירח והשמש, נמצאים על קו דמיוני אחד. באזור הקרוב לירח באותו הזמן, מתרחשת הגאות החזקה ביותר, בשל תוספת כוח הכבידה של השמש שמשפיע על המערכת כולה, אף שההשפעה העיקרית על הגאות היא של הירח בשל מרחקו הקטן מכדור-הארץ.
מאחר שכדור-הארץ סובב סביב צירו, בכל פעם הגאות תופיע בקו אורך אחר. בנוסף, תופיע גאות גם בצדו השני של כדור הארץ, בנקודה הנמצאת 180 מעלות משם, וזאת בשל הכוח הצנטריפוגלי, כוח שנוצר כאשר גוף נע בסיבוב במהירות גבוהה, וכוח זה דוחף כלפי חוץ כתוצאה מהתנועה הסיבובית. לדוגמה, כדור שיש עליו טיפות מים, אם הוא לפתע יסתובב סביב עצמו במהירות, טיפות המים יעופו ממנו למרחק בעת סיבובו.
מחזור גאות ושפל (פעמיים) נמשך 24 שעות ו-52 דקות, והוא הזמן הדרוש להשלמת סיבוב מלא של נקודה כלשהי על כדור-הארץ והתייצבותה שנית מול הירח. אמנם, כדור-הארץ מסיים את סיבובו סביב צירו כל 24 שעות, ולאחר 6 שעות כדור הארץ כבר משלים רבע מסיבובו בכיוון ממערב למזרח. ברם, הירח איננו עומד במקומו ומחכה לו, אלא נע מזרחה, ולכן נדרשות 13 דקות נוספות כדי שהמקום שהיה מקודם בשפל יעבור ויהיה בגאות.
