Зимата, както и останалите сезони се дължи на наклона на земната ос, който е 23.5° спрямо орбиталната равнина в която се движи Земята . Поради този наклон различни части на планетата са подложени на различно осветяване от страна на Слънцето при движението ѝ по орбитата през годината. Вследствие на това през този период, лъчите падат под много малък ъгъл спрямо земната повърхност, като това води до разпръскването им (снопът от лъчи) на по-голяма повърхност - вода или суша, а не се фокусира на по-малка площ, както е през лятото, когато снопът лъчи идва почти вертикално. През зимата Слънцето е и ниско над хоризонта, за по-кратко време през деня, в сравнение с лятото. Земята е осветена, но значително по-малко количество енергия попада върху континентите и океаните на това полукълбо на планетата, в чиято част лъчите падат под малък ъгъл. Освен това, тъмната част на денонощието (нощта) се увеличава значително, като повече от половината от съответното полукълбо през този период се намира в нощ във всеки един момент. Така за единица площ се пада по-малко количество енергия и се приема по-малко топлина. Още и слънцето залязва напълно в зоната зад полярния кръг и там настъпва полярната нощ.