日落的时间会随着季节及各地方纬度的不同而改变。传统上认为在北半球，冬至时日落的时间最早，日落最晚的时间在
夏至时。但是实际上，由于黄赤交角与地球椭圆轨道的影响，日落最早的时间不会落在冬至，而是在12月初；日落最晚的时间也不会落在夏至，而是在6月底。即使在赤道地区，日出及日落的时间在全年里亦会有少量的变更。而这些变化可以用日行迹表达。
日出及日落的时间可以跟踪太阳的轨迹而计算得到。此外，太阳光会因为
地球大气层的影响而产生折射，所以在太阳降至低于地平线后仍可看到太阳，这是每天日落时产生的错觉。
众所周知，一年之中日出、日落时间是不断变化的。即使是在同一天当中，不同纬度的日出、日落时间也是不同的。那么为什么会导致这种效应呢？事实上，地球每时每刻都围绕着太阳自东向西公转。根据运动的相对性，我们从地球上也能观测到太阳在一年当中围绕
天球黄道自西向东旋转一圈。这自然会导致太阳的赤经与赤纬时时刻刻都会发生变化。并且不同季节，其变化的快慢也略有不同，这就导致了一年之中日出、日落时间是会随季节不断变化的。
事实上，对于地球上除赤道与两极及其附近的绝大部分地区，一年中日出最早的一天都在夏至之前，日落最晚的一天都在夏至之后，日落最早的一天都在冬至之前，日出最晚的一天都在冬至之后。这里面包含一些巧妙的球面几何学、运动学与天体力学的原理。
首先，地球每时每刻都围绕着太阳自西向东公转。根据
运动的相对性，我们从地球上也能观测到太阳在一年当中围绕
天球黄道自西向东旋转一圈。由于
地球自转轴的倾斜角，使得太阳在黄道上运行的大圆对地球的
天球赤道是倾斜的，当太阳在两个分点时，穿越赤道时会有一个角度的，所以平行于赤道的速度分量小于年平均速度；当太阳在至点时，它的运动方向是完全平行于赤道的，所以运行速度高于年平均速度。这会导致在春分、秋分前后，一天当中的白昼时段逐渐提前；夏至、冬至前后，一天当中的白昼时段逐渐推迟。
其次，我们知道，地球的轨道是一个椭圆而不是正圆，太阳在地球轨道的一个焦点上。根据
开普勒定律，当地球接近太阳时，速度会加快，到达近日点时的运动速度最快；远离时又会减慢，到达远日点时的速度最慢。而这个效应从太阳在天球赤道的周年运动轨迹当中也能够反映出来。虽然第二个因素比第一个因素的影响要小一些，但是它也足以使北半球春分这一天的白昼时段，比秋分这一天整体推迟了约16分钟。具体地说，就是：假如某地春分6：19日出，18：19日落，则秋分6：03日出，18：03日落。
如果考虑到光线在大气层内的折射，位于地平线之下的太阳在地平线的附近时，已经被高度偏折，这使得我们站在地球上观测到太阳的几何中心刚好位于地平线的时候，真实的太阳位于地平线下约0.6°的位置。这会使地球上大部分地区的日出时间提早约3~4分钟，同样也使日落时间延后约3~4分钟。这两个原因的影响约达到7分钟。例如：广州春分6：31日出，18：38日落，则秋分6：16日出，18：23日落。