Solstiţiul de iarnă este legat de mişcarea anuală aparentă a Soarelui pe sfera cerească, ce reprezintă consecinţa mişcării reale a Pământului în jurul Soarelui.
„Axa polilor Pământului își păstrează, în primă aproximaţie, direcția fixă în spațiu, ea fiind înclinată cu 66° 33′ față de planul orbitei terestre. Din acest motiv, Soarele parcurge în decurs de un an cercul sferei cerești numit „ecliptică”, a carui înclinare față de ecuatorul ceresc este de 23° 27′. La momentul solstițiului de iarnă Soarele se află deci în emisfera australă a sferei cerești, la distanța unghiulară maximă de 23° 27′ sud față de ecuator, el efectuând mișcarea diurnă în lungul cercului paralel cu ecuatorul ceresc, numit „tropicul Capricornului”. Aceasta explică, pentru latitudinile medii ale Terrei, inegalitatea zilelor și a nopților, precum și succesiunea anotimpurilor”, explică Observatorul Astronomic Amiral Vasile Urseanu din Bucureşti.
„La data solstițiului de iarnă, Soarele răsare cu 23° 27′ la sud de punctul cardinal est și apune tot cu același unghi spre sud față de punctul cardinal vest. La momentul amiezii el „urcă” – ținând cont de latitudinea medie a tării noastre, de 45° – la numai 21° față de orizont”, spune Observatorul. Prin urmare, la această dată durata zilei este cea mai mică din ani, 8 ore şi 50 de minute, iar durata nopţii este cea mai mare, având 16 orei şi 10 minute.
În emisfera sudică a Pământului are loc fenomenul invers, marcând începutul verii astronomice.
Începând de pe 21 decembrie, durata zilelor va creşte continuu, iar cea a nopţilor va scădea, până pe 21 iunie, când vom avea solstiţiul de vară.