Zmieniające się nachylenie Ziemi na jej osi powoduje, że dni stają się krótsze, a noce stają się dłuższe w zimie, a pochylona półkula jest zimniejsza ze względu na słońce uderzające w Ziemię ukośnie. Na północ od równika, zima występuje, gdy półkula północna odchyla się od słońca, podczas gdy przeciwne przechylenie prowadzi do zimy na półkuli południowej.
Niższa temperatura występuje zimą, ponieważ promienie słoneczne muszą przechodzić dalej przez atmosferę, aby dotrzeć do przechylonej półkuli, co pozwala większej ilości ciepła rozproszyć się zanim dotrze do powierzchni. Chłodniejsze zimowe temperatury pozwalają kryształom lodu tworzącym się w chmurach połączyć się i spaść na powierzchnię, powodując śnieg zamiast deszczu. Brak ciepłego powietrza zmniejsza prawdopodobieństwo burzy wywołanych zderzeniem ciepłych i zimnych frontów. Aby poradzić sobie z spadającymi temperaturami, wiele gatunków zwierząt migruje do cieplejszych obszarów w pobliżu równika. Inne gatunki gromadzą rezerwy tłuszczu i futra, aby się rozgrzać, niezależnie od tego, czy pozostają aktywne, czy też hibernują. Przesilenie zimowe następuje w dniu z najdłuższą ciemnością i najkrótszym nasłonecznieniem. Niektóre z najzimniejszych zim odnotowano między 1683 a 1684, 1739 i 1740, aw 1816 roku.
