冬至这一天，太阳直射点在南回归线上，距离北半球最远，之后太阳直射点又向北回归线移动。太阳直射在地球下半部分，那么北半球被照射面积减少，地球自转速度不变，走过被照射面积的时间也就减少了，所以冬至这天白天时间最短。
冬至是北半球全年中白天最短、黑夜最长的一天，过了冬至，白天就会一天天变长。古人对冬至的说法是：阴极之至，阳气始生，日南至，日短之至，日影长之至，故曰“冬至”。
因为太阳是在南北回归线(南北纬23度26分)之间做来回运动的，当南半球是冬季的时候，太阳直射北半球，且慢慢往北回归线移动，而当南半球在冬至这一天的时候，太阳到达北回归线，此时，可以理解为太阳离南半球最远，也就是接受日照时间短，白天短。
此后，太阳从北回归线往南回归线移动，太阳离它们越来越近，日照时间也就越来越长了，所以冬至日那天最短。同理夏至白天最长，夜晚最短。