L'inclinazione variabile della Terra sul suo asse fa sì che le giornate si riducano e le notti si allunghino durante l'inverno, e l'emisfero inclinato è più freddo a causa del sole che colpisce la Terra con un angolo obliquo. A nord dell'equatore, l'inverno si verifica quando l'emisfero settentrionale si inclina lontano dal sole, mentre l'inclinazione opposta porta all'inverno nell'emisfero meridionale.
La temperatura più bassa si verifica in inverno perché i raggi del sole devono viaggiare più lontano attraverso l'atmosfera per raggiungere l'emisfero inclinato, che consente a più calore di dissiparsi prima che raggiunga la superficie. Le temperature invernali più rigide consentono ai cristalli di ghiaccio che si formano nelle nuvole di unirsi e cadere in superficie, causando la neve al posto della pioggia. Una mancanza di aria calda diminuisce la probabilità di temporali causati dalla collisione di fronti caldi e freddi. Per far fronte alle temperature in calo, molte specie animali migrano verso aree più calde vicino all'equatore. Altre specie accumulano riserve di grasso e pelliccia per mantenere caldo se rimangono attive o in letargo. Il solstizio d'inverno si verifica il giorno con la più lunga quantità di oscurità e la minore quantità di luce solare. Alcuni degli inverni più freddi registrati si sono verificati tra il 1683 e il 1684, nel 1739 e nel 1740 e nel 1816.
