冬天日短夜長的原因主要是由於地球的自轉和公轉，以及地球的傾斜角度導致的太陽直射點的移動。
在冬天，地球在公轉軌道上靠近遠日點，同時太陽的直射點位於南半球。對於北半球來說，由於太陽直射位置在南半球，北半球的正午太陽高度（太陽光線與地面的夾角）較小，使得太陽能照射到的時間變短。因此，冬天在北半球出現夜晚時間長、白天時間短的現象。這個現象從秋分之後開始，持續到春分。在秋分到次年春分期間，太陽直射點在南半球，導致北半球晝短夜長；而南半球則相反。在冬至這一天，北半球的各緯度晝長達到一年中的最小值，因此白天最短，夜晚最長。