冬至直射南回归线。北半球昼短夜长，南半球昼长夜短，北极圈内极夜，南极圈内极昼。

现代天文科学测定，冬至日太阳直射南回归线(又称为冬至线)，阳光对北半球最倾斜，北半球白天最短，黑夜最长。冬至过后，太阳直射点又慢慢地向北回归线转移。

在中国传统的阴阳五行理论中，冬至是阴阳转化的关键节气。在十二辟卦为地雷复卦，称为冬至一阳生。易曰：先王以至日闭关，商旅不行。同时，闰月的设置也以冬至为标准，因为冬至总在冬月，冬月建子，为周正农历的第一个月。

冬至日太阳高度最低，日照时间最短，地面吸收的热量比散失的热量少，冬至后便开始"数九"，每九天为一个"九"。