לעונות השנה השפעה עצומה על החיים על-פני כדור-הארץ. המחזוריות של עולם הצומח, נדידת הציפורים, ואפילו מצבי הרוח שלנו משתנים בהתאם לחילופי העונות, אשר תופסים חלק מרכזי בפולחנים ובמסורות של כל תרבויות העולם. אילולא עונות השנה דובים לא היו נמים בחורף, פריחת החצב לא הייתה מבשרת את בוא הסתיו, לא היינו מתרגשים כל שנה עם בוא היורה, וט"ו בשבט לא היה מתקשט בפריחת השקדיה.
כידוע, חילופי העונות הם תוצאה של מסלול כדור-הארץ סביב השמש. אולם מעטים יודעים שהגורם לשינויים עונתיים אינו המרחק המשתנה מהשמש, כי אם זווית הנטייה של כדור-הארץ ביחס אליה. זו משפיעה על מידת העוצמה ומשך הזמן בהם קרני השמש פוגעות בחלקים שונים על-פני הכדור. למעשה, דווקא בתקופת הקיץ בהמיספירה הצפונית, בה נמצאת ישראל, מרחק כדור-הארץ מהשמש גדול יותר מאשר בתקופת החורף.
הגיאוגרף היווני ארטוסטנס גילה כבר במאה השלישית לפנה"ס את הקשר בין זווית השמש ביחס לכדור-הארץ לבין עונות השנה. לאחר שהצליח לחשב את הזווית, הוא גילה כי כיוונה בשיא החורף הפוך מכיוונה בשיא הקיץ. בתקופתו של ארטוסטנס רווחה האמונה שהשמש סובבת סביב כדור-הארץ, ולכן הוא סבר שההיפוך בזווית הינו תוצאה של הטייה במסלולה של השמש.
היום אנו יודעים שכדור-הארץ סובב סביב השמש, וסביב עצמו על ציר קבוע - כך שהקוטב הצפוני תמיד פונה לכוכב הצפון, החיצוני למערכת השמש. לכן, במסלול כדור הארץ סביב השמש, מצד אחד שלה נוטה ההמיספרה הצפונית שלו לכיוון השמש ולכן זוכה לקרינה ישירה, שמחממת אותה מאוד. אלה ימי הקיץ בחצי הכדור הצפוני. לעומת זאת, בהמשך מסלולו סביב השמש, בצד השני שלה נוטה ההמיספרה הצפונית לכיוון הנגדי מהשמש, ולכן זוכה לעוצמת קרינה נמוכה יותר. אלה ימי החורף בחצי הכדור הצפוני. הטייתו של כדור-הארץ משפיעה גם על משך הזמן ביממה בו יש אור, ולכן הימים בקיץ ארוכים יותר ובחורף קצרים יותר.
היום הארוך ביותר והיום הקצר ביותר
על אף שחילופי עונות מתקיימים באופן הדרגתי, ברוב העולם מקובל לחלק את השנה לארבע עונות - אביב, קיץ, סתיו וחורף. החלוקה אינה נעשית על-פי השינויים במזג האוויר, שאינם עקביים משנה לשנה, אלא לפי אורך הימים. בכל שנה מתקיימות שתי נקודות היפוך, בהן השמש ממוקמת הכי רחוק מקו המשווה, מעל אחד הקטבים. ב-20 או ב-21 ליוני פונה הקוטב הצפוני כמעט ישירות לכיוון השמש. זהו היום הארוך ביותר בשנה בהמיספירה הצפונית, שהוא גם הקצר ביותר בהמיספירה הדרומית. ב-20 או ב-21 לדצמבר מתקיימת נקודת ההיפוך השנייה.
ככל שנתקרב לאחד הקטבים, כך היממה מחולקת בצורה פחות שווה. באזורים קוטביים השמש זורחת כמעט לאורך כל היממה בקיץ, גם בחצות הליל - תופעה המכונה ״שמש חצות״. מאותה סיבה, באזורים הסמוכים לקו המשווה, המכונים גם אזורים טרופיים, אין כמעט שינויים עונתיים. ישנן גם שתי נקודות שוויון במהלך השנה, בהן השמש נמצאת מעל קו המשווה, והיום והלילה שווים באורכם. אלו מתקיימות סביב ה-21 למרץ וה-23 בספסטמבר.
על-פי החלוקה האסטרונומית לעונות, כל עונה מתחילה ונגמרת בדיוק ביום בו חלה נקודת היפוך או שוויון. נקודות ההיפוך מסמנות את תחילתו של החורף ואת היום הראשון של הקיץ, ונקודות השוויון את תחילתן של עונות ״המעבר״ - האביב והסתיו. על-פי החלוקה המטאורולוגית, עונה נפתחת בתחילת החודש בו מתקיימת אחת משתי נקודות ההיפוך או אחת משתי נקודות השוויון.
