Trong khi chuyển động quanh Mặt Trời, do trục Trái Đất nghiêng và không đổi phương nên tuỳ vị trí Trái Đất trên quỹ đạo mà ngày, đêm dài ngắn theo mùa và theo vĩ độ. Mùa theo dương lịch và độ dài ngày, đêm ở hai bán cầu trái ngược nhau. Dưới đây ta xét ở bán cầu Bắc.

+ Mùa xuân : Ngày dài hơn đêm. Song, ngày càng dài và đêm càng ngắn khi Mặt Trời càng gần chí tuyến Bắc. Riêng ngày 21-3 thời gian ban ngày bằng thời gian ban đêm, bằng 12 giờ ở mọi nơi.

+ Mùa hạ : Ngày vẫn dài hơn đêm. nhưng khi Mặt Trời càng gần Xích đạo thì ngày càng ngắn dần, đêm càng dài dần. Ngày 22-6 có thời gian ban ngày dài nhất, thời gian ban đêm ngắn nhất trong năm.

+ Mùa thu : Ngày ngắn hơn đêm. Mặt Trời càng xuống gần chí tuyến Nam ngày càng ngắn, đêm càng dài. Riêng ngày 23-9 thời gian ban ngày bằng thời gian ban đêm, bằng 12 giờ ở mọi nơi.

+ Mùa đông : Ngày vẫn ngắn hơn đêm. Khi Mặt Trời càng gần Xích đạo thì neày dài đần. đêm ngắn dần. Ngày 22-12 có thời gian ban ngày ngắn nhất, thời gian ban đêm dài nhất trong năm.

Ở Xích đạo, quanh năm có thời gian ngày và đêm bằng nhau. Càng xa xích đạo, thời gian ngày và đêm chên lệch nhau nhiều. Từ vòng cực về phía có hiện tượng ngày hoặc đêm dài suốt 24 giờ ( ngày địa cực và đêm địa cực). Càng gần cực, số ngày, đêm càng tăng. Riêng ở hai cực có sáu tháng ngày, sáu tháng đêm.

1. 1.1. Hiện tượng chênh lệch độ dài ngày và đêm trong các ngày 21/3, 22/6; 23/9 và 22/12 ở xích đạo, các chí tuyến và vòng cực.

- Ở xích đạo : tất cả các ngày trên đều có giờ chiếu sáng là 12h. Do trục Trái Đất và đường phân chia sáng tối luôn luôn gặp nhau ở xích đạo, nên ngày và đêm dài bằng nhau.

- Ở các chí tuyến Bắc, Nam và vòng cực:

+ Ngày 21/3 và 23/9 đều có giờ chiếu sáng trong ngày là 12h. do vào các ngày này, Trái Đất hướng cả hai nửa cầu về phía Mặt Trời như nhau, tia sáng Mặt Trời chiếu vuông góc với xích đạo nên mọi nơi có số giờ chiếu sáng như nhau (12giờ), ngày và đêm dài bằng nhau.

+ Ngày 22/6 và ngày 22/12, số giờ chiếu sáng trên các vĩ tuyến và các vòng cực ở hai nửa cầu trái ngược nhau:

Ngày 22/6

 Ở chí tuyến Bắc : số giờ chiếu sáng trong ngày là 13,5 giờ, ngày dài hơn đêm.

 Ở chí tuyến Nam : số giờ chiếu sáng trong ngày là 10,5 giờ, đêm dài hơn ngày.

 Ở vòng cực Bắc : số giờ chiếu sáng trong ngày là 24h, không có đêm

 Ở vòng cực Nam : số giờ chiếu sáng trong ngày là 0h, đêm dài 24h, không có ngày.

 Nguyên nhân : ngày 22/6, nửa cầu Bắc ngả về phía Mặt Trời, diện tích được chiếu sáng lớn hơn diện tích khuất trong bóng tối, nên ngày dài hơn đêm. Nửa cầu nam lúc này chếch xa phía Mặt Trời, diện tích được chiếu sáng ít hơn diện tích khuất trong bóng tối, đêm dài hơn ngày. Vòng cực Bắc hoàn toàn nằm trước đường phân giới sáng – tối, nên có hiện tượng ngày dài 24h. Trong khi đó, vòng cực Nam hoàn toàn nằm sau đường phân chia sáng – tối nên có hiện tượng đêm dài 24h.

Ngày 22/12 : hiện tượng chênh lệch ngày và đêm diễn ra hoàn toàn ngược lại với ngày 22/6

1.2. Hiện tượng ngày – đêm dài, ngắn khác nhau theo mùa.

Do trục Trái Đất nghiêng trên mặt phẳng quỹ đạo trong khi chuyển động tịnh tiến xung quanh Mặt trời, nên vòng phân chia sáng – tối thường xuyên thay đổi, tạo nên hiện tượng ngày đêm dài, ngắn khác nhau.

- Từ ngày 22/3 đến ngày 23/9 : bán cầu Bắc hướng về phía Mặt trời, vòng phân chia sáng – tối đi qua sau cực Bắc và trước cực Nam. Phần diện tích được chiếu sáng lớn hơn phần bị khuất trong bóng tối. Vì thế nên ngày dài hơn đêm. Vào ngày Hạ chí (22/6), Mặt Trời lên thiên đỉnh lúc 12h trưa tại chí tuyến Bắc, tất cả các địa điểm ở BBC có ngày dài nhất trong năm.

- Từ ngày 23/9 đến ngày 21/3 : bán cầu Bắc ở xa Mặt Trời, tại mọi địa điểm đều có đêm dài hơn ngày. Càng gần cực Bắc, đêm càng dài, ngày càng ngắn. Ngày Đông chí (22/12), ở vĩ tuyến 66033’B, đêm dài 24h, không có ngày

1.3. Hiện tượng ngày đêm dài ngắn khác nhau trên Trái Đất theo vĩ độ

Độ dài ngày – đêm có sự thay đổi khi đi từ xích đạo về cực. Vào mùa hạ, càng đi về phía cực ngày càng dài ra và đêm ngăn lại. Mùa đông ngược lại, càng đi về phía cực thì độ chênh lệch ngày đêm càng lớn và cực sẽ có 6 tháng ngày và 6 tháng đêm.