La Terre tourne sur elle-même sur son axe des pôles, qui fait avec le plan écliptique un angle a, appelé obliquité.

a = 23°27'

E : Terre e : plan écliptique q : équateur x : axe des pôles a : obliquité

L'axe polaire reste parallèle à lui-même pendant la révolution de la Terre autour du Soleil : il garde la même direction dans l'espace.

Au cours de l'année, l'axe polaire est plus ou moins incliné vers le soleil, donc la durée du jour varie. Dans l'hémisphère nord, le jour est plus long que la nuit quand le pôle nord est incliné vers le soleil ; dans l'hémisphère sud, le jour est plus long que la nuit quand le pôle sud est incliné vers le soleil.

Les équinoxes sont les deux moments de l'orbite où le jour et la nuit sont de même longueur. C'est alors le cas dans les deux hémisphères à la fois. L'équinoxe de printemps marque le début de la phase croissante de la durée du jour dans un hémisphère. L'équinoxe d'automne est le début de la phase décroissante de la durée du jour dans un hémisphère. Quand c'est l'automne au nord, c'est le printemps au sud, et inversement.

Les solstices sont les deux moments de l'orbite où l'axe polaire est le plus incliné vers le soleil. C'est le solstice d'été au nord si le pole nord est plus près du soleil ; c'est alors le solstice d'hiver au sud.