地球上的四季首先表現為壹種天文現象，不僅是溫度的周期性變化，也是晝夜長短和太陽高度的周期性變化。當然，晝夜長短和中午太陽高度的變化決定了溫度的變化。四季的漸變在世界各地並不統壹。北半球是夏天，南半球是冬天。北半球由暖變冷，南半球由冷變熱。
現在，分析不同季節晝夜長短和太陽高度的周期性變化。
從春分到夏季至日到秋分，北半球處於夏季，南半球處於冬季。在此期間，北半球白天長，夜晚短，而南半球白天短，夜晚長。北極在極晝，南極在極夜；北回歸線以北的太陽高度總是大於平均值，而北回歸線以南的太陽高度小於平均值。北回歸線以北，太陽在東北方地平線升起，在西北方地平線落下。在春分這壹天，全世界的太陽都是從東方升起，西方落下。
從秋分到冬季至日再到春分，北半球處於冬半年，南半球處於夏半年。在此期間，南北半球的晝夜長短、晝夜極值和太陽高度都與上述情況相反。北回歸線以北，太陽從東南方向的地平線升起，在西南方向的地平線落下。
從夏天的至日到冬天的至日，北半球從夏天到冬天，南半球從冬天到夏天。在此期間，北半球的白天越來越短，夜晚越來越長，極晝區越來越小。在南半球，白天越來越長，夜晚越來越短，極夜帶越來越小。太陽的高度在北回歸線以北壹直在下降，在北回歸線以南壹直在上升。北回歸線以北，太陽的升起方向由東北向東南變化，落山方向由西北向西南變化。秋分從正東方升起，在正西方降落。
從冬天的至日到夏天的至日，北半球從冬天到夏天，南半球從夏天到冬天。南北半球晝夜長短、晝夜極值、太陽高度的變化與上述情況相反。北回歸線以北，太陽的升起方向由東南向東北變化，落山方向由西南向西北變化。
從冬季的至日到春分，從夏季的至日到秋分，全球各地的日數接近平均值(12小時)，極端晝夜的範圍在逐漸縮小。北回歸線以北和南回歸線以南的太陽高度接近平均值。北回歸線以北，太陽的升起方向逐漸向正東靠近，落下方向向正西靠近。
從春分到夏季至日，從秋分到冬季至日，世界各地的晝夜長度正在向壹個極值變化，極端晝夜的範圍也在逐漸擴大。北回歸線以北和南回歸線以南的太陽高度也趨於極端。在北回歸線以北，太陽的升起和落下方向分別向東北、東南、西北和西南移動。
因為北回歸線之間的晝夜長短和太陽高度的變化比較復雜，占用的篇幅也比較大，所以我們還沒有完全解釋清楚，讀者自己總結規律也不難。分析的時候，最好分成幾個階段。比如在北半球，可以看作是從春分到陽光直射的壹個階段，然後是夏季至日為第二個階段，第三個階段是從夏季至日再到陽光直射，下壹個階段是從冬季至日到春分為最後壹個階段，太陽完成了壹個回歸運動。每個階段的晝夜長短、太陽的高度、太陽的升降方向和中午太陽的方向(例如北半球夏季至日時，太陽中午位於天頂以北，冬季至日時位於天頂以南)等等，都有很大的變化。
2.四季劃分
四季是根據晝夜長短和太陽高度的變化來劃分的。四季的劃分，以太陽在黃道上的視位置為依據，以平分線、第二至日或四日為界。但東西方國家劃分四季所用的分界點並不完全相同。我國傳統的四季劃分方法強調四季的天文意義，以二十四節氣中的四個作為四季的起點，以二等分和二比壹作為中點。比如春天，起點是立春，太陽線是315，春天分為中點，長夏是終點，太陽線變成45°，太陽在黃道上運行90°。
西方的四季劃分強調四季的氣候意義，以對太陽的平分線為四季的起點，如以春季為起點，以夏季至日為終點。這四季比中國劃分的四季晚了壹個半月。
從天文學上講，中國用四立來劃分四季更科學。
春秋分點上，世界各地的晝夜長短和太陽高度等於年平均值，具有由最大值(或最小值)向最小值(或最大值)過渡的典型特征。所以，把春分當作春天的中點，秋分當作秋天的中點，是非常合理的。在夏季，白天最長，夜晚最短，在夏季至日的壹天，太陽的高度最高，地表獲得的太陽能最多。因此，夏季至日作為夏季的中點是非常合理的；同樣，冬季至日作為冬季的中點也是非常科學的。
但從實際氣候來看，夏季的至日不是最熱的時候，冬季的至日也不是最冷的時候，所以氣溫極值要分別延遲1 ~ 2個月。我國有“熱在狗”，寒在三九的說法。因此，將夏季至日和冬季至日分別作為夏季和冬季的開始日期可以更好地對應實際氣候。所以西方的四季劃分更能體現實際的氣候意義。
無論是中國具有天文意義的四季劃分，還是西方具有氣候意義的四季劃分，都是壹種天文劃分方法。這是因為二分法、二分法和四分法在天文學中都有確切的含義。都是把壹年分為四個大致相等的季節，每個季節持續三個月，太陽在黃道上運行90度。它們都不能反映當地氣候的實際情況。用這種方法劃分的季節就是天文上的四季。
天文季節是半球統壹的。在半球範圍內，每個季節都有統壹的起止時刻，在半球範圍內，每個地方都有四個季節，每個季節都是等長的。
為了準確反映各地的實際氣候情況，常采用氣候方法來劃分四季，例如用氣候平均溫度來劃分四季。還規定平均氣溫大於等於22℃的時期為夏季，小於等於10℃的時期為冬季，10℃至22℃之間的時期為春季或秋季。按此標準劃分四季，中緯度地區的季節與氣候壹致，而低緯度地區和極地附近的春夏秋冬氣溫變化不明顯。同時，在中緯度地區，每個季節的長短也不壹樣。這是四季。比如北京，春季55天，夏季103天，秋季50天，冬季157天。
天文季節具有理論意義，而氣候季節具有實用價值。天文季節是劃分氣候季節的依據。天文季節是半球統壹的。北半球是夏天，南半球是冬天；四季氣候在局部地區(中緯度地區)是統壹的。天文季節的劃分取決於天象的變化，氣候季節的劃分取決於氣溫的變化。無論在任何半球的任何地方，都有等長的天文季節；在同壹個地方，四個氣候季節的時間不壹定相等。這是天文季節和氣候季節的主要區別。