ישנם מקומות על פני כדור הארץ בהם משך שעות האור זהה לכל אורך השנה - אלה אזורים השוכבים על קו המשווה. בכל שאר אזורי כדור הארץ, אורך היום נע בין מקסימום ביום של עצרת הקיץ (22 ביוני) למינימום ביום של עצרת החורף (22 בדצמבר). ככל שהשטח קרוב יותר לקו המשווה, כך התנודות הללו חלשות יותר, ולהיפך.
ציר כדור הארץ מוטה אל האקליפטיקה, כלומר למישור בו נמצאת מערכת השמש-כדור הארץ, בזווית של כ 66.6 מעלות. אלמלא הטיה זו, משך שעות האור בכל נקודה על כדור הארץ יהיה זהה כל השנה, ויקבע רק על ידי קו הרוחב הגיאוגרפי של האזור. אך דווקא בגלל הטיה זו של הציר, חצי הכדור הצפוני של הפלנטה בתקופה שבין יום שיווי האביב לסתיו (מ- 21 במרץ עד 22 בספטמבר) פונה אל השמש במשך רוב שעות היום. חצי הכדור הדרומי, בהתאמה, פונה לשמש פחות משעות היום. לכן, בתקופה בה קיץ בחצי הכדור הצפוני, זה חורף בחצי הכדור הדרומי. ובכן, כאשר כדור הארץ, לאחר שתיאר חצי מעגל סביב השמש, עובר לנקודה הנגדית למסלולו, הכל משתנה. עכשיו חצי הכדור הדרומי פונה לשמש במשך רוב שעות היום, ולכן הקיץ מתחיל שם, והחורף בחצי הכדור הצפוני. בהתאם, אורך היום בחצי הכדור הצפוני מצטמצם בצורה חדה. בשטח רוסיה, כמו בכל חצי הכדור הצפוני, יום החורף הקצר ביותר הוא 22 בדצמבר. ישנם אזורים עצומים בהם לילות קוטביים מתרחשים בחורף, כלומר השמש כלל אינה עולה מעל האופק. תופעה זו נצפית במקומות הממוקמים מצפון לחוג הארקטי כביכול, כלומר קו רוחב של כ 66.5 מעלות. משך הלילה הקוטבי הוא ממספר ימים למספר חודשים (באזורים הקרובים לקוטב הצפוני). לאחר 22 בדצמבר - יום שעון החורף - משך שעות האור גדל בהתמדה. בהתחלה העלייה הזו כמעט ואינה מורגשת, שכן מדובר בדקות ספורות בלבד ביום. אך בהדרגה שעות האור מתארכות משמעותית. וביום יום השוויון הארצי (21 במרץ), הנחשב לתחילת המעיין האסטרונומי, משווים את משכו למשך הלילה.
