ويحدث الانقلاب الشتوي بسبب ميلان محور الأرض وحركتها حول الشمس، فالأرض أثناء دورانها حول الشمس تكون مائلة غير عمودية بـ23.5 درجة، وهنا يتبادل النصفان الشمالي والجنوبي أماكنيهما في استقبال ضوء الشمس.
ويكون القطب الشمالي مائلاً بعيدًا عن الشمس في يوم الانقلاب الشتوي، وتصل الشمس ظاهريًا إلى أقصى نقطة جنوب السماء؛ لذلك فإن جميع المواقع شمال خط الاستواء تكون طول النهار أقل من 12 ساعة، في حين أن المناطق جنوب خط الاستواء يكون النهار أطول من 12 ساعة، وستبدأ زيادة ساعات النهار حتى تتساوى مع ساعات الليل بحدوث الاعتدال الربيعي في 20 مارس 2024.