当地球移动到“冬至”和“夏至”两个点的中间位置时，南北极都不对着太阳倾斜，阳光直射赤道，两个半球得到的太阳能量相同，南北两极地区成了晨昏状态，南北半球昼夜时间一样长短。由冬到夏，那个点为“春分”，由夏到冬，那个点为“秋分”。春分、秋分节气的命名是相对于北半球而言的，南半球正好与北半球相反。
黄道面被人为分成360°，历法上规定地球每移动黄经15°为一个节气。6月21~22日，地球移动到黄经90°，也就是地球北半球的“夏至”，太阳光直射北回归线上，北半球接受的光热最多，北半球正值历法上的夏季；以后太阳光逐渐南移，北半球接受的太阳光热随之减少，9月22~24日，地球移动到黄经180°，也就是地球北半球的“秋分”，太阳光直射赤道，南北半球所受的光热相等，这时北半球处于历法上的秋季；秋分过后，太阳光移向南半球，12月21~23日，地球移动到黄经270°，也就是地球北半球的“冬至”，太阳光直射南回归线，这时北半球受太阳光热最少，正值历法上的冬季；以后太阳光逐渐北移，北半球接受的太阳光热随之增多，3月20~21日，地球移动到黄经0°，也就是地球北半球的“春分”，太阳光再次直射赤道，南北半球所受的光热相等，这时北半球处于历法上的春季。由于地球不停地公转，春、夏、秋、冬四季便交替不断出现。不过，在北温带和南温带地区，四季的出现正好相反，当北温带的人们正穿着大棉袄的时候，南温带的人们却正在海滨浴场避暑。
由此可知，春夏秋冬四季是因为地轴的倾斜和地球的公转造成的，由于两个半球从太阳接收到的能量不同而产生四季更替。假设地轴与黄道面是垂直的，地球上是不可能有春夏秋冬之分的，假设只有地轴倾斜，但地球没有绕太阳的公转，也不会有四季的产生，二者缺一不可。太阳系里木星自转轴与公转平面的夹角是86°52′，自转轴与公转平面几乎垂直，造成了木星上没有分明的四季变化。有人认为是由于木星没有地球这样的大气层，所以木星上才没有四季，其实不是这样，假如地轴也是木星自转轴这样的倾斜度，地球也会没有春夏秋冬四季的变化。
假设地轴倾斜过大，或者地轴与黄道面没有夹角，地球上更不可能有春夏秋冬之分。太阳系中的天王星自转轴几乎倒在它的轨道平面上，因此当天王星的半个球面是夏季时，它的一个极点几乎直对着太阳，而另外半个球面完全处于黑暗的冬季之中。地球的公转轨道是个椭圆，地球与太阳之间的距离也有远近变化，这种变化使整个地球从太阳接受的总热量会产生一些微小的差异，但这一微小的差异不足以造成地球上一年的季节变化。
春夏秋冬四季变化主要是指地球相对于太阳位置的变化，也就是天文气候。对于真正意义上的气候，赤道地区只有夏季，两极地区和高原高海拔的雪山上只有冬季，低纬度地区没有冬季，高纬度地区没有夏季，只有中纬度的平原和非高海拔地区才有分明的冬夏春秋四季。
2.2.2四季的划分
划分四季有各种不同的标准，中国传统习惯是农历，主要以天文因素作为划分依据，由立春到谷雨的六个节气是春季，由立夏到大暑的六个节气是夏季，由立秋到霜降的六个节气是秋季，由立冬到大寒的六个节气是冬季。每一季度的时间都是三个月，以春分、夏至、秋分、冬至各日作为春、夏、秋、冬各季的中间日。
西方国家大多以月份来划分四季，3~5月这三个月为春季，6~8月这三个月为夏季，9~11月这三个月为秋季，12~2月这三个月为冬季。虽然按照历法将一年划分为四季，但如果按照气候要素（气温）划分，世界不同地区四季的早晚、长短有很大差异，而且，就全球范围来说，也不是所有地方都有四季的，在赤道和极地，只有夏季和冬季，有些地方一年中也许只有两季、三季。只有在温带地区，四季的界限才表现得相当明显。
照理说应该是太阳距我们越远越冷，越近越热，但最冷的三九严寒却不出现在冬至节气的前后，而是出现在太阳直射点抵达南回归线以后，三伏天气出现在太阳直射点抵达北回归线以后。这是为什么呢？因为太阳是地球的热源，地球是大气的热源。大气不能直接吸收太阳短波辐射，但可以吸收地面长波辐射。因此，地球表面的冷热决定了大气的冷热。当太阳直射点移至南回归线时，地表得到的热量仍少于支出的热量，故继续降温；当太阳抵达最北端时，地表所得到的热量仍多于是取得热量，故继续增温。正如一天之中最高温度并不是出现在正午太阳最高的时候，而是出现在午后，存在滞后现象。也很像一个没有热源的房间，初春时节，室外暖融融的，而室内却是依然清冷；入秋以后，室外开始寒冷，室内起初并不觉得有多么冷。
还有就是每年的春夏秋冬四季的到来和结束时间总是不一样，有时早有时晚，与二十四节气里的节气时间总存在差异，主要是地球气候系统各成员的变化，及其之间的相互作用，导致大气环流异常多变造成的。此外，地球自身的火山爆发也应该是气候变化一个原因。太阳系时刻也在银河系里移动，银河系也在时刻不停地运动，地球每时每刻所处的位置相对于太阳是已知的，相对于宇宙却是未知的，地球在跟随着太阳到达的那个区域是冷是暖也是未知的，这也应该是气候变化的原因之一。当然还有人类活动影响以及其他原因。
2.3气候差异的推手
2.3.1地转偏向力
地转偏向力是指地球上一切做水平运动的物体，由于地球自转而发生偏向的一种力。地转偏向力是由法国数学家古斯塔·加斯佩德·科里奥利于公元1835年研究发现的。由于地球的自转，当物体相对于地面运动时，对于站在地面上的观察者来说，感到物体运动的方向发生了改变，于是便设想物体受到一种力的作用，此力就被称为地转偏向力，也就是物理学中的科里奥利力。
假若一物体自南向北运动，物体起始时地面向东偏移的线速度大，末了地面向东偏移的线速度小，由于惯性物体仍保持原来向东的线速度，于是站在地球上看物体前进的方向也就向东边偏离原来经线的方向；假若一物体自北向南运动，物体起始时地面向东偏移的线速度慢，末了地面向东偏移的线速度快，由于惯性物体仍保持原来向东的线速度，于是站在地球上看物体前进的方向也就向西边偏离原来经线的方向。物体移动的速度越快，其偏离得也就越多，且都是向移动方向的右侧偏移。在南半球，其结果正好相反，物体会向移动方向的左侧偏移。这就是地转偏向力。
地转偏向力是由于地球自转而产生的，它不是真正的力，而是惯性力。它只在物体相对于地面运动时才产生，只改变物体运动的方向，不改变物体运动的速度；其值正比于运动速度，随纬度升高而增大，赤道附近运动物体不受偏向力的影响。地转偏向力可分解为水平地转偏向力和垂直地转偏向力两个分量。
受地转偏向力的影响，北半球的河流总是冲刷右岸。由于古代生产力低下，只能任凭河流自由弯曲，弯曲到一定程度，量变达到质变，河流开始改道，千百年来黄河一次一次地改道，地转偏向力就是最主要的原因。
2.3.2三圈环流
从全球经向环流看，大气在南北方向上及垂直方向上的平均运动，在南北半球分别构成三个经圈环流。因南北半球三圈环流成因相同，仅介绍北半球三圈环流成因。
（1）低纬环流
低纬环流即哈特莱环流。赤道空气受膨胀上升，高层形成高压后，受气压梯度力的驱动，向南北六级流动。由于受地转偏向力的影响（在北半球，地转偏向力使气流运动向右偏，即顺时针偏转，其值正比于风速），由赤道北上的高层空气，在30°N转为向东运动（西风），不再北上，于是由赤道源源北上的空气在30°N聚集下沉，在地面形成高压，该高压称副热带高压。在气压梯度力的作用下，地面副热带高压南北分流，南支气流南下赤道，与赤道上升气流构成低纬环流。
（2）极地环流
极地环流即费雷尔环流。由于极地接受的太阳辐射少，温度低，空气冷却收缩，空气密度大，在地面形成冷高压。在气压梯度力的作用下，极地高压中空气向南流动（同时引起极地下沉运动），在60°N与副热带高压北上相遇，两支相向气流辐合上升，在高空形成高压后，有南北风流。60°N高空北上气流，至极地后与极地下沉气流构成极地环流。
（3）中纬度环流
中纬度环流为间接环流，其形成得益于低纬和极地环流。地面副热带中北上气流与60°N上升气流，以及高空60°N南下气流与30°N下沉气流，构成中纬度环流。
上述三圈环流称为行星风系，是在平滑和性质均一表面的行星条件和地转偏向力作用下形成的。但地球表面并不平滑，性质也不均一，特别是北半球，地势起伏大，海陆相间对比明显，同时由于不同的季节海洋和大陆对环流的影响不同，因而行星风系常遭破坏，环流常发生季节和地方变化。
2.3.3善变的季风
季风是以一年为一个周期的大范围对流现象，它的形成是海陆分布、大气环流、大陆地形等因素共同作用，冬夏两季海洋和陆地的温度差异而导致的气压差所造成的结果。季风是指由于大陆及邻近海洋之间存在的温度差异，而形成大范围盛行的、风向随季节有显著变化的风系。季风和风带一样同属行星尺度的环流系统，是大范围盛行的、风向随季节变化显著的风系，夏季由海洋吹向大陆，冬季由大陆吹向海洋，具有大气环流的特征。
冬季，大陆气温比邻近的海洋气温要低，大陆上出现冷高压，海洋上出现相应的低压，空气大范围从大陆流向海洋，形成冬季季风。冬季季风在北半球盛行北风和东北风，尤其是亚洲东部沿岸，北风季风从中纬度一直延伸到赤道地区，这种季风起源于西伯利亚冷高压。非洲和孟加拉湾地区也有明显的东北风吹到近赤道地区，东太平洋和南美洲虽有冬季风出现，但没有亚洲地区显著。
夏季，海洋温度相对较低，大陆温度较高，海洋高压加强，大陆出现热低压；这时北半球盛行西南和东南季风，在印度洋和南亚地区最为显著。西南季风大部分源自南印度洋，在非洲东海岸跨过赤道到达南亚和东亚地区，甚至到达华中地区和日本。另一部分东南风主要源自太平洋，以南风或东南风的形式影响中国东部沿海地区。夏季风一般经历暴发、活跃、中断和撤退4个阶段。
2.3.4副热带高压带与东西风带
海陆的热力性质，影响到海陆的气压分布。夏季大陆增温比海洋快，大陆形成热低压；冬季大陆降温比海洋快，大陆形成冷高压。由于北半球的陆地面积比南半球陆地面积大，而且海陆相间分布，使得纬向的气压带被分裂成为一个个高低气压中心。夏季，北半球的副热带高气压带被大陆上的热低气压所切断，其中亚洲低压最为突出，从而使副热带高气压带仅保留在海洋上。冬季，北半球的副极地低气压带被大陆上的冷高气压所切断，其中亚洲高压最为强烈，控制范围广大，这就使副极地低气压带也仅保留在海洋上。由于南半球海洋面积占绝对优势，致使纬向的气压带比北半球明显，特别是30°Ｓ以南地区，气压带基本上呈带状分布。
在南、北纬30°附近的地面上形成的常年稳定、势力庞大的副热带高压带内盛行下沉气流，是个宽阔的无风带，所以常年缺云少雨，于是便形成了回归圈内庞大的沙漠群。
此外还有环绕全球、气势磅礴的西风带和东风带。西风带内的大气有明显的波动，很像大江里的波浪，高低起伏，奔腾不息。大气环流运动把热带剩余的热量输送到寒冷的北方，很好地实现了全球范围内水汽、热量的输送和交换，使地球各地的气候更加变化多端，个性鲜明。由于中国绝大部分地处中纬度地区，规模宏大的西风带从中国上空通过，对中国的天气、气候有很大影响。
2.3.5赤道信风
信风指的是在地面从副热带高压带吹向赤道低气压带的风。信风在赤道两边的低层大气中，北半球为东北风，南半球为东南风，这种风的方向很少改变，年年如此，稳定出现，很守信。
中国古代文献中，“信风”这个词指的是“随时令变化，定期定向而来的风，即季候风”，古代商船常借助信风，往来于海上进行贸易。所以，信风在英文中的名字tradewind，有时候被错误地译成贸易风。trade这个词并非现代英语中贸易的意思，而是来自中古英语，相当于path、track的意思，所以tradewind原意是“在常轨上的风”。英语tradewind就是汉语的信风，翻译成贸易风是不对的。