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L'alternanza del giorno e della notte che sperimentiamo è il risultato diretto della rotazione della Terra sul proprio asse. Senza questa rotazione, il ciclo giorno/notte apparirebbe molto diverso o potrebbe non esistere affatto.
Un giorno solare, il periodo durante il quale il Sole ritorna nella stessa posizione nel cielo, dura 24 ore. Tuttavia, poiché anche la Terra orbita attorno al Sole, una singola rotazione rispetto a stelle distanti – un giorno siderale – è leggermente più breve, pari a circa 23 ore e 56 minuti. Gli astronomi lo hanno misurato per la prima volta monitorando le stelle che riappaiono ogni giorno nello stesso posto.
Le ore di luce del giorno variano stagionalmente perché l’asse terrestre è inclinato di 23,5° rispetto al suo piano orbitale. Quando l'emisfero settentrionale si inclina verso il Sole, come in estate, le giornate si allungano; quando si inclina, come d'inverno, le notti si allungano. Durante gli equinozi, l'inclinazione non è né verso né lontano dal Sole e il giorno e la notte sono più o meno uguali.
I solstizi segnano i punti nell’orbita terrestre dove l’inclinazione produce i giorni più lunghi e quelli più corti. Il solstizio d'inverno nell'emisfero settentrionale è il giorno più breve dell'anno, dopo il quale la luce del giorno si allunga gradualmente. Il solstizio d'estate è il giorno più lungo, dopo il quale la luce del giorno si accorcia gradualmente. Ad esempio, il solstizio di giugno si verifica quando il Polo Nord è rivolto verso il Sole; è il giorno più lungo per l'emisfero settentrionale ma il più corto per l'emisfero meridionale.
La latitudine influenza anche la durata della luce del giorno. Vicino all’equatore i cambiamenti stagionali sono modesti, mentre alle latitudini più elevate le differenze sono drammatiche. In estate, le regioni più a nord hanno giornate sempre più lunghe, a volte senza oscurità. In inverno accade il contrario:la luce del giorno si accorcia con l'aumentare della latitudine.
Questi effetti combinati di rotazione, inclinazione assiale, movimento orbitale e latitudine modellano il modello dinamico del giorno e della notte che definisce la vita sulla Terra.
