天文学上以冬至日作为冬季的开始，因为季节的划分是以地球在围绕太阳公转轨道上的位置确定的，刚刚好冬至那一天，太阳运行至黄经270°（冬至点)，太阳直射地面的位置到达一年的最南端，太阳几乎直射南回归线(又称为冬至线)，阳光对北半球最为倾斜。

冬至日是北半球各地白昼时间最短、黑夜最长的一天，并且越往北白昼越短。冬至日太阳光直射南回归线，太阳光对北半球最为倾斜，大阳高度角最小。冬至日是太阳直射点北返的转折点，这天过后它将走“回头路”，太阳直射点开始从南回归线向北移动，北半球白昼将会逐日增长。