علت سرد شدن زمین در زمستان، نه دوری آن از خورشید است و نه کمتر شدن فعالیت خورشید. زاویهٔ محور چرخش زمین نسبت به صفحهٔ مداری زمین دارای انحراف ۲۳٫۴۴ درجه‌ایست و همین انحراف نقش مهمی در تغییرات آب و هوایی زمین دارد. در زمستان ِ نیم‌کرهٔ شمالی، خورشید بر این مناطق به صورت مورب می‌تابد و پرتوهای موازی تابشی از خورشید باید سطحی بیضی‌وار را گرم کنند. به علت کروی بودن زمین، این سطح بیضی‌وار کشیده‌تر نیز می‌شود و در نتیجه نور و گرمای کمتری به واحد سطح می‌رسد. ناظر زمینی، خورشید زمستانی را در ارتفاعی پایین‌تر از خورشید تابستانی می‌بیند.در مقایسه با این اثرات، تغییرات آب و هوایی در زیاد شدن فاصلهٔ زمین در مدار بیضوی‌اش با خورشید ناچیز است.