A portugál Napcsoda (O Milagre do Sol) szemtanúinak számát csak megbecsülni tudjuk, egyesek 30,000, mások mindent egybevetve akár 100,000 közvetlen megfigyelőről beszélnek az eset kapcsán. A hívők (és kíváncsiak) három gyermek beszámolója alapján gyűltek össze Fátima városka mellett – a gyerekek azt állították, Szűz Mária megjelent előttük és megígérte, hogy október 13-án délben mások előtt is megjelenik majd, hívővé téve a tömegeket.
A szemtanúk zöme arról számolt be, hogy délben az esős, felhős ég hirtelen kiderült, az előbújó Nap pedig úgy tűnt, mintha „pörögne” az égen – miközben színes fénnyel borította be a jelenlévőket, ami szinte azonnal felszárította a sáros földet és az emberek átázott ruháit. Egyesek még azt is bevallották, a Nap szokatlan „cikk-cakkos” mozgása, láttán azt hitték, hogy eljött a világvége.
A jelenség nagyjából 10 percen keresztül volt megfigyelhető, a tömegben pedig ott álltak a gyerekek is, akik a „csoda” után azt mesélték, látták, amikor Jézus Krisztus, Szűz Mária és Szent József megjelent az emberek között és megáldotta őket.
A katolikus egyház – érthető módon – különleges figyelmet szentelt az ügynek, és a „csoda” utáni években számos pap látogatott el Fátimába, hogy személyesen is meghallgassa a szemtanúk beszámolóit. A legtöbb időt (hét évet) az olasz John De Marchi töltötte el a városban – több száz jelenlévőt kérdezett ki, és a mai napig az ő írásait tekinthetjük a legátfogóbb beszámolóknak a portugál Napcsodáról. Marchi jelentései szerint minden szemtanú a „maga módján” élte meg a csodát, ennek megfelelően a részletek sok helyen eltérnek egymástól – mindemellett egyik szemtanú sem kételkedett abban, hogy valami rendkívüliben volt része. Marchi azt is kifejtette, a történetek kapcsán a hirtelen felszáradó föld motívuma volt az egyik legmeggyőzőbb részlet, mivel több mérnök is úgy nyilatkozott a helyszín megvizsgálása után, hogy elképesztő mennyiségű energiára lett volna szükség ahhoz, hogy a hatalmas pocsolyák alig több mint 10 perc alatt eltűnjenek.
A szkeptikusok és a jelenés kritikusai a szemtanúi beszámolók ellenére azonban azt állítják, „ha valaki kitartóan bámul a Napba, az emberi retina érzékenysége miatt biztos, hogy előbb-utóbb valami rendkívülit fog látni.” Arra is igyekeztek felhívni a figyelmet, hogy a Fátimában a Napba bámuló emberek „pontosan azt kapták, amiért odamentek” – vagyis a jelenés hátterében a hit legalább akkora szerepet játszott, mint a tömegpszichózis. Ennek a vélekedésnek némileg ellentmond, hogy Marchi szerint többen voltak olyanok is, hívők és nem hívők egyaránt, akik ugyan érzékelték a látottak rendkívüliségét, de egy percig sem gondolták, hogy valóban „csodában” van részük – vagy azt, hogy Szűz Mária közöttük sétál.
A jelenést kutató tudós közül többen azt állítják, a „csoda” hátterében valamilyen meteorológiai tényező, illetve szokatlanul sűrű és nagy kiterjedésű porfelhő állhat, ami egyrészt lehetővé tette, hogy a megfigyelők kitartóan tudjanak a Napba bámulni komolyabb retinasérülés nélkül, másrészt pedig „megszínezte” a napsugarakat. Ezek a teóriák ugyan magát a látványt nem tekintik csodának, azt azonban nem nagyon tudják megmagyarázni, hogy a gyerekek honnan tudhattak ezekről a körülményekről.
A három gyerek szerint Szűz Mária azt is megígérte nekik, hogy egy későbbi „égi jelenéssel” megjövendöl majd egy hatalmas kataklizmát – szerintük ez a „jelenés” 1938-ban következett be, amikor a Sarki fény az egész északi féltekén megfigyelhető volt, a megjövendölt kataklizma pedig a második világháború.
A fátimai jelenést a Vatikán pontosan 13 évvel az eset után, 1930. október 13-án hivatalosan is csodának ismerte el.
