1、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。在北极圈以北，这一天太阳整日都在地平线之下，成为北半球一年中极夜范围最广的一天。对北半球各地而言，冬至也是全年正午太阳高度最低的一日。冬至这天，北半球得到的太阳辐射最少，比南半球少了约50%。冬至过后，夜空星象则完全换成冬季星空，并且从今天起开始“进九”。而此时的南半球正值酷热的盛夏。
2、值得注意的是，在冬至前后，地球位于近日点附近，运行的速度稍快，这造成了在一年中太阳在南半球的时间比在北半球约短8天，因此北半球的冬季比夏季要略微短一些。