Hiện tượng ngày đêm dài ngắn theo mùa ở bán cầu bắc được giải thích bằng cách hiểu về cách mà Trái Đất quay quanh Mặt Trời và góc nghiêng của trục quay của Trái Đất.

Trái Đất quay quanh Mặt Trời trong một quỹ đạo hình elip, với Mặt Trời nằm ở một trong hai điểm tập trung của elip. Trục quay của Trái Đất không đứng thẳng, mà nghiêng một góc khoảng 23,5 độ so với mặt phẳng quỹ đạo. Do đó, khi Trái Đất quay quanh Mặt Trời, ánh sáng Mặt Trời không chiếu đều lên toàn bộ bề mặt Trái Đất.

Khi bán cầu bắc hướng về Mặt Trời, ngày sẽ dài hơn và đêm sẽ ngắn hơn. Điều này xảy ra vào mùa hè. Do góc nghiêng của trục quay, ánh sáng Mặt Trời chiếu trực tiếp lên bán cầu bắc, tạo ra ngày dài và đêm ngắn.

Ngược lại, khi bán cầu bắc hướng khỏi Mặt Trời, ngày sẽ ngắn hơn và đêm sẽ dài hơn. Điều này xảy ra vào mùa đông. Ánh sáng Mặt Trời không chiếu trực tiếp lên bán cầu bắc, tạo ra ngày ngắn và đêm dài.

Câu tục ngữ "Đêm tháng năm chưa nằm đã sáng, Ngày tháng mười chưa cười đã tối" chỉ ra rằng trong mùa hè, ngày dài và đêm ngắn, mặt trời mọc sớm và lặn muộn, trong khi trong mùa đông, ngày ngắn và đêm dài, mặt trời mọc muộn và lặn sớm.