Hiện tượng ngày đêm ngắn dài khác nhau là do sự quay quanh của Trái Đất quanh Mặt Trời và hình dạng của quỹ đạo quay của Trái Đất.

Trái Đất quay quanh Mặt Trời theo một quỹ đạo hình elip. Trong suốt quá trình quay, Trái Đất không di chuyển theo quỹ đạo hoàn hảo mà có một số biến đổi nhỏ. Điều này dẫn đến hiện tượng ngày đêm ngắn dài khác nhau.

Khi Trái Đất ở vị trí gần điểm gần nhất của quỹ đạo (gọi là điểm gần nhất), góc giữa trục quỹ đạo và trục quay của Trái Đất nhỏ nhất. Khi đó, Mặt Trời sẽ chiếu ánh sáng trực tiếp lên một phần lớn bề mặt Trái Đất, gây ra hiện tượng ngày dài và đêm ngắn. Điều này xảy ra vào mùa hè ở bán cầu Bắc và mùa đông ở bán cầu Nam.

Ngược lại, khi Trái Đất ở vị trí gần điểm xa nhất của quỹ đạo (gọi là điểm xa nhất), góc giữa trục quỹ đạo và trục quay của Trái Đất lớn nhất. Khi đó, Mặt Trời sẽ chiếu ánh sáng trực tiếp lên một phần nhỏ bề mặt Trái Đất, gây ra hiện tượng ngày ngắn và đêm dài. Điều này xảy ra vào mùa đông ở bán cầu Bắc và mùa hè ở bán cầu Nam.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng hiện tượng ngày đêm ngắn dài cũng phụ thuộc vào vị trí địa lý của mỗi vùng trên Trái Đất. Các vùng cận cực như Bắc Cực và Nam Cực có thể có ngày đêm kéo dài trong một thời gian dài, trong khi các vùng xích đạo có ngày đêm gần như bằng nhau quanh năm.