עונות השנה נוצרות, כתוצאה מסיבוב כדור הארץ במסלול אליפטי סביב השמש ונטייתו על צירו בזווית של 23.5 מעלות. מסיבה זו, העונות הפוכות בין ההמיספרה הצפונית לדרומית.  נטייה זו, גורמת להמיספרה הצפונית לפנות אל השמש בקיץ ולקבל קרינה ישירה ומחממת, ולהמיספרה הדרומית להיות יותר מוסתרת ממנה באותו המועד (בחורף הדרומי) ולקבל קרינה בזווית חדה, שאינה מחממת.   

קיימות ארבע נקודות על מישור מלקה (מסלול ארץ סביב השמש) שעל פניהן חולף כדור הארץ, בארבעה תאריכים שונים בשנה. בעשרים ושניים במארס, הנקרא יום שוויון אביבי (או אקווינוקס האביב), מתחילה עונת האביב בהמיספרה הצפונית ובאותו היום מתחילה עונת הסתיו בהמיספרה הדרומית. מיום שוויון אביבי, הימים מתחילים להתארך בהמיספרה הצפונית ולהתקצר בהמיספרה הדרומית.

בעשרים ואחת ביוני (היום הארוך ביותר בשנה בצפון והקצר בדרום), המכונה יום ההיפוך הקיצי הצפוני, מתחיל קיץ בהמיספרה הצפונית ומתחיל חורף בהמיספרה הדרומית. ביום העשרים ושניים בספטמבר, הנקרא יום שוויון סתווי (אקווינוקס הסתיו), מספר שעות האור משתווה למספר שעות החושך. ביום זה מתחילה עונת הסתיו בהמיספרה הצפונית ועונת האביב בהמיספרה הדרומית. מיום השוויון הסתווי הימים מתקצרים עד לעשרים ושניים בדצמבר, שהוא היום הקצר ביותר בשנה בצפון והארוך ביותר בדרום. יום זה נקרא "יום ההיפוך החורפי", כלומר מתחילה עונת החורף בצפון ועונת הקיץ בדרום. משום שהקטבים הפחוסים ממוקמים בקצות כדור הארץ, יש בהם עונת קיץ עם חצי שנה אור ועונת חורף עם חצי שנה חושך.

עונות השנה אינן מתהוות עקב הבדלי המרחקים שבין כדור הארץ לשמש בעונות השונות. מרחקים אלה אינם משמעותיים בהשוואה למרחק הגדול שבין השמש לכדור הארץ. דווקא בעונת החורף כדור הארץ  קרוב יותר לשמש מאשר בעונת הקיץ. המרחק בין כוכב הלכת "ארץ" לבין השמש הוא 150 מליון ק"מ והבדלי המרחקים הנוצרים בתנועה האליפטית של ארץ סביב השמש הם קטנים. באזורים טרופיים הצמודים לקו המשווה אין עונת חורף, כי קרני השמש פוגעות בהם באופן ישיר והטמפרטורות גבוהות. גם הלחות גבוהה מאוד, כי אידי המים עולים באופן מתמיד מהיערות הטרופיים ונוצרים עננים כבדים הממטירים גשמים כמעט בכל יום.