晝夜是由于地球自轉而產生的，而季節是由于地球的自轉軸與地球圍繞太陽公轉的軌道的轉軸呈23°27′的夾角而產生的。地球每天繞著通過它本身南極和北極的“地軸” 自西向東自轉一周。每轉一周為一晝夜，所以地球每小時自轉15°。地球除自轉外還循偏心率很小的橢圓軌道每年繞太陽運行一周。地球自轉軸與公轉軌道面的法線始終成23．5°。地球公轉時自轉軸的方向不變，總是指向地球的北極。因此地球處于運行軌道的不同位置時，太陽光投射到地球上的方向也就不同，于是形成了地球上的四季變化。每天中午時分，太陽的高度總是最高。在熱帶低緯度地區（即在赤道南北緯度23°27′之間的地區），一年中太陽有兩次垂直入射，在較高緯度地區，太陽總是靠近赤道方向。在北極和南極地區（在南北半球大于90°~23°27′），冬季太陽低于地平線的時間長，而夏季則高于地平線的時間長。
由于地球以橢圓形軌道繞太陽運行，因此太陽與地球之間的距離不是一個常數，而且一年里每天的日地距離也不一樣。眾所周知，某一點的輻射強度與距輻射源的距離的平方成反比，這意味著地球大氣上方的太陽輻射強度會隨日地間距離不同而異。然而，由于日地間距離太大（平均距離為1.5 x 108km），所以地球大氣層外的太陽輻射強度幾乎是一個常數。因此人們就采用所謂 “太陽常數”來描述地球大氣層上方的太陽輻射強度。它是指平均日地距離時，在地球大氣層上界垂直于太陽輻射的單位表面積上所接受的太陽輻射能。近年來通過各種先進手段測得的太陽常數的標準值為1353w／m2。一年中由于日地距離的變化所引起太陽輻射強度的變化不超過上3.4％。