В северном полушарии весна начинается 1 марта, лето — 1 июня, осень — 1 сентября, а зима — 1 декабря. В южном полушарии весна начинается 1 сентября, лето — 1 декабря, осень — 1 марта, зима — 1 июня.
Причиной смены времён года является наклон земной оси по отношению к плоскости эклиптики и обращение Земли вокруг Солнца. Без наклона оси продолжительность дня и ночи в любом месте Земли была бы одинакова, и днём Солнце занимало бы положение над горизонтом на одной и той же высоте в течение всего года.
Астрономически времена года разделены моментами осеннего равноденствия, зимнего солнцестояния, весеннего равноденствия и летнего солнцестояния.
В период между сентябрьским и мартовским равноденствиями (от 22 (23) сентября до 20 (21) марта) из-за наклона земной оси Северное полушарие обращено к Солнцу меньшую часть суток, поэтому северные широты получают меньше тепла и света, чем южные. Зимой дни становятся короче, а положение Солнца в полдень — ниже, чем в Южном полушарии, где в это время лето. Спустя полгода Земля переходит на противоположную точку своей орбиты. Наклон оси остаётся таким же, однако теперь Южное полушарие оказывается обращённым к Солнцу меньшую часть суток, там дни короче, Солнце в полдень — ниже, меньше и тепла и света. В Северном полушарии в это время лето. Резкие температурные пульсации сглаживаются за счёт колоссальной тепловой инерции атмосферы и поверхности планеты. Механизм нагрева и охлаждения напоминает Широтно-импульсную модуляцию — температура нагрева регулируется продолжительностью светового дня.
Из-за эллиптической формы земной орбиты времена года имеют разную продолжительность. Так, в Северном полушарии осень продолжается приблизительно 89,8 суток, зима — 89, весна — 92,8, лето — 93,6. В Южном полушарии — соответственно 92,8, 93,6, 89,8 и 89 суток[17].
По количеству поступающей на землю от Солнца энергии равноденствия и солнцестояния должны быть серединой соответствующих сезонов. Но задержка в изменении температуры и масса (вызванная физическими свойствами воды и земли) задерживает климатические сезоны относительно астрономических. Температурная задержка изменяется в зависимости от климатической зоны и других особенностей конкретного места. Поэтому, например, в одних культурах осеннее равноденствие расценивается как середина осени, а в других — как начало осени.