Deși iarna meteorologică debutează la 1 decembrie, începutul iernii astronomice este marcat de un moment precis, cel al solstițiului de iarnă, fiind legat de mișcarea anuală aparentă a Soarelui pe sfera cerească, consecință a mișcării reale a Pământului în jurul Soarelui.

Observatorul bucureștean "Vasile Urseanu" notează că, după cum este cunoscut, axa polilor Pământului își păstrează (în primă aproximație) direcția fixă în spațiu, ea fiind înclinata cu 66° 33′ față de planul orbitei terestre. Din acest motiv, Soarele parcurge în decurs de un an cercul sferei cerești numit „ecliptică”, a cărui înclinare față de ecuatorul ceresc este de 23° 27′.

La momentul solstițiului de iarnă, Soarele se află 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”.

Astfel se explică, pentru latitudinile medii ale Terrei, inegalitatea zilelor și a nopților, precum și succesiunea anotimpurilor.

Momentul solstițiului de iarnă, respectiv al începutului iernii astronomice, are loc în jurul datei de 21 decembrie.

Începând de la această dată, până la 21 iunie, durata zilelor va crește continuu, iar cea a nopților va scădea în mod corespunzător.

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. În consecință, la această dată, durata diurnă zilei are doar 8 ore și 50 minute, iar durata nopții are valoarea maximă, de 15 ore și 10 minute (pentru București).

În emisfera sudică a Pământului fenomenul are loc invers, momentul respectiv marcând începutul verii astronomice.