从天文角度看，冬至的“白昼最短”源于地球公转与黄赤交角的作用。每年此时，太阳直射点到达南纬23°26′南回归线，这是太阳直射点在南半球的最北界限。此时北半球各地的太阳高度角达到一年中的最小值，阳光斜射地面的角度最大，导致白昼时间被压缩到全年最短。
以2019年为例，我国不同地区的白昼时长差异显著，但均为全年最低。在北京，这一天的白昼约为9小时20分钟，日出时间推迟至7:33，日落时间提前到16:53；上海的白昼稍长，约10小时，日出6:49，日落16:49；即便是最南端的广州，白昼也仅约10小时50分钟，较夏至时缩短近3小时。而在北极圈内，这一天更是会出现全天极夜现象，太阳始终在地平线以下。
这种“昼短夜长”的现象并非偶然。过了冬至，太阳直射点开始北移，北半球的白昼会逐渐变长，黑夜缩短，民间因此有“冬至一阳生”的说法。但就2019年而言，12月22日这一天，疑是北半球全年中光明最少、黑夜最长的时刻。
作为传统节气，冬至在我国有着悠久的文化意义，北方吃饺子、南方吃汤圆的习俗延续至今，但这些习俗的背后，始终是对“白昼最短”这一自然现象的观察与顺应。2019年的12月22日，正是这种自然与人文交织的典型脚。