四季的形成是因为地球绕太阳公转的结果。地球一直不断自西向东自转，与此同时又绕太阳公转。而地球公转的轨道又是一个椭圆的形状，太阳始终位于一个焦点上。因为地球公转的原因，致使太阳直射点在地球表面发生变化。
四季更替是由地球的公转引起的，地球公转和自转所在的轨道平面是有夹角的，所以地球在转动的时候是斜着转动的，所以会出现四季更替的现象，而且公转速度的差异，也导致地球上四季不等长。
在地球的不同地方，转动到不同的位置，受到的太阳辐射和热量都不相同，所以会有不同的气候体现，也就是常说的春夏秋冬。同样的道理由于赤道附近总是处于太阳光线的直射状态下所以热带地区只有夏季。还有地球两极也因为同样的原因出现极昼和极夜的现象。
一、昼夜长短的变化。
由于太阳直射点的不断移动，太阳直射地表的位置也不同。具体运动情况是：春分日太阳直射点照射在赤道上，夏至日直射在北回归线上，秋分日照射在赤道上，冬至日照射在南回归线上。这样往复的运动。对于同一个地方来讲，它在不同的日期昼夜长短就不一样。
以我国为中纬度地区为例，冬半年由于太阳直射点移动到南半球，因此昼短夜长，到了夏半年，太直射点移动到了北半球，所以昼长夜短。最典型的例子就是，夏天你会感觉到太黑的晚，冬天天黑的早。
在同一天全球的昼夜长短也不一样。春秋分日全球昼夜等长即都是12小时。夏至日北半球各地昼长夜短，且随着纬度的升高昼越长，在北极圈以内还会出现极昼现象(白昼24小时)，南半球刚好相反。
等到冬至日时，北半球各地昼短夜长，且随着纬度升高夜越长，在北极圈以内还会出现极夜现象(黑夜24小时)。
二、正午太阳高度角的变化。
正午太阳高度角就是一天中地方时为12点时的太阳高度角，也是一天中最大的太阳高度角。对于全球来讲，太阳高度角在同一天中变化规律是从太阳直射点向南北两侧递减，就是越靠近太阳直射点，正午太阳高度角越大，反之越小。
这就是为什么你同样在一个地方生活，冬天觉得冷，夏天觉得热。这就是因为冬天和夏天太阳直射点的位置差异导致太阳高度角的差异，你感觉到的气温也就不一样。
三、产生四季和五带。
正是因为太阳直射点位置的不同，地球的不同纬度接受的太阳辐射也不相同，依据接受太阳辐射的差异，把地球上的温度带划分为五个：即热带、北温带、南温带、北寒带、南寒带。这里所说的四季不是我们生活中的四季，而是天文四季。
天文四季的划分主要是依据正午太阳高度角和昼夜长短来划分的。例如北半球天文上的夏季，就是指正午太阳高度角最大，白昼时间最长的时候，即6月22日前后，这个和我们生活中的夏季略有差异。
北半球天文冬季是指正午太阳高度角最小，白昼时间最短的日期，即12月22日前后。
