A mudança da inclinação da Terra em seu eixo faz com que os dias se tornem mais curtos e as noites mais longas durante o inverno, e o hemisfério inclinado fica mais frio devido ao sol atingir a Terra em um ângulo oblíquo. Ao norte do equador, o inverno ocorre quando o hemisfério norte se inclina para longe do sol, enquanto a inclinação oposta leva ao inverno no hemisfério sul.
A temperatura mais baixa ocorre no inverno porque os raios do sol devem viajar mais longe através da atmosfera para atingir o hemisfério inclinado, o que permite que mais calor seja dissipado antes de atingir a superfície. As temperaturas mais frias do inverno permitem que os cristais de gelo que se formam nas nuvens se juntem e caiam à superfície, causando neve no lugar da chuva. A falta de ar quente diminui a probabilidade de tempestades causadas pela colisão de frentes quentes e frias. Para lidar com a queda das temperaturas, muitas espécies animais migram para áreas mais quentes perto do equador. Outras espécies acumulam reservas de gordura e pêlo para se manterem aquecidas, independentemente de permanecerem ativas ou hibernando. O solstício de inverno ocorre no dia com maior escuridão e menor quantidade de luz solar. Alguns dos invernos mais frios registrados ocorreram entre 1683 e 1684, 1739 e 1740 e em 1816.
