我们先来分析地球的运动，地球有两种基本的运动：一种叫自转——地球自身的旋转；另一种叫公转——绕着太阳的旋转。自转是绕着穿过南北两极的地轴进行的，方向是自西向东，离两极越远的地方转速越快。与两极等距的那一圈叫赤道。地球自转一周的时间为一天，也就是24小时。
地球绕太阳公转的速度为每秒30千米，绕太阳一周需要365天5时48分46秒。也就是一年，天文学上称之为回归年。地球绕太阳公转的轨道是一个椭圆，它的长直径和短直径相差不大，可近似为正圆。太阳就在这个椭圆的一个焦点上，而焦点是不在椭圆中心的，因此地球离太阳的距离，就有时会近一点，有时会远一点。1月初，地球离太阳最近，为1.471千米，这一点叫做近日点。7月初地球离太阳最远，为1.521千米，这一点叫做远日点。事实上，当地球在近日点的时候，北半球为冬季，南半球为夏季，在远日点的时候，北半球为夏季，南半球为冬季。这就说明，四季的变化与近日点和远日点无关。
那么四季的变化到底是怎么产生的呢？与公转有关，但是决定性的条件是地球必须斜着绕太阳转；如果地球是垂直地绕太阳旋转的话，太阳光线将永远直射在地球的赤道附近，而其他地方的地平面与太阳光线的夹角也永远不变，地球上将不会有四季的变化。
我们知道，地球上某一平面气温高低与太阳光是直射还是斜射该平面有关。那么这种效果是怎么产生的呢？我们来分析一下。假定有一束固定大小的光束，当它直射在某一平面时，它投射在该平面的光斑将是一个正圆，而斜射时，光斑将是一个椭圆，而且越斜椭圆越大，也就是说，斜射时同样多的光线照在了更大的面积上。我们可以理解为，光束斜射时光斑区的光线稀一些，直射时光斑区的光线浓一些。这就是为什么太阳光直射的地方气温要高一些，而斜射的地方气温要低一些。我们知道气温是决定季节的主要因素，所以我们不难理解太阳光直射的地方，将是夏季，而斜射得最厉害的地方将是冬季，这两者之间的则是春季或秋季。
那么四季的交替变化又是怎样形成的呢？这就与地球的倾斜有关了，正是由于地球是倾斜着绕太阳旋转的，才使得太阳光的直射以赤道为中心，以南北回归线为界限南北扫动，每年一次，循环不断，从而形成了地球上一年四季，顺序交替的现象。
具体情况是这样的，当地球公转到3月21日左右的位置时，阳光直射在赤道上，这时北半球的阳光是斜射的，正是春季，南半球此时正是秋季。当地球转到6月22日左右的位置时，阳光直射在北回归线上，北半球便进入了夏季，而南半球正是冬季。9月23日左右时，阳光又直射到赤道上，北半球进入秋季，南半球转为春季。当地球转到12月22日左右的位置时，阳光直射到南回归线上，北半球进入冬季，而南半球则进入夏季。接下来就进入了新的一年，新一轮的四季交替又要开始了。
