现代天文科学测定，冬至这天，太阳运行至黄经270°(冬至点)，太阳直射地面的位置到达一年的最南端，太阳几乎直射南回归线(又称为冬至线)，阳光对北半球最为倾斜。因此，冬至日是北半球各地一年中白昼最短，黑夜最长的一日，并且越往北白昼越短，黑夜越长。
冬至是北半球全年中白天最短、黑夜最长的一天，过了冬至，白天就会一天天变长。古人对冬至的说法是：阴极之至，阳气始生，日南至，日短之至，日影长之至，故曰“冬至”。
从气候上看，冬至期间，西北高原平均气温普遍在0℃以下，南方地区也只有6℃至8℃左右。另外，冬至开始“数九”，冬至日也就成了“数九”的第一天。
