Смена времен года происходит вследствие того, что ось вращения Земли наклонена к плоскости земной орбиты.
При движении Земли вокруг Солнца ось перемещается почти строго параллельно самой себе и поэтому в течение года оказывается наклонённой по направлению к Солнцу попеременно то северным, то южным своими концами (т. е. соответствующими полюсами Земли) . При этом Солнце сильнее нагревает и освещает то Северное, то Южное полушария Земли, вследствие чего лето в Северном полушарии совпадает с зимой в Южном, и наоборот. Основной причиной смены времён года является наклон земной оси по отношению к плоскости эклиптики. Без наклона оси продолжительность дня и ночи в любом месте Земли была бы одинакова, и днем солнце поднималось бы над горизонтом на одну и ту же высоту в течение всего года.
В наше время ось планеты образует с орбитальной плоскостью угол 66,56°.
Астрономически времена года разделены моментами летнего солнцестояния, осеннего равноденствия, зимнего солнцестояния и весеннего равноденствия.
В период между мартовским и сентябрьским равноденствиями (от 20 (21) марта до 22 (23) сентября) из-за наклона земной оси Северное полушарие обращено к Солнцу бо́льшую часть суток, поэтому северные широты получают больше тепла и света, чем южные. Летом дни становятся длиннее, а положение солнца — выше, чем в Южном полушарии, где в это время зима. Спустя полгода Земля переходит на противоположную точку своей орбиты. Наклон оси остаётся таким же, однако теперь Южное полушарие оказывается обращённым к Солнцу большую часть суток, там дни дольше, больше и тепла и света. В Северном полушарии в это время зима.
Из-за эллиптической формы земной орбиты времена года имеют разную продолжительность. Так, в Северном полушарии лето продолжается приблизительно 93,6 суток, осень — 89,8, зима — 89,0, весна — 92,8. В Южном полушарии — соответственно 89,0, 92,8, 93,6 и 89,8 суток.
