昼夜更替是由于地球自转引起的。地球是一个不发光且不透明的球体，同一瞬间阳光只能照亮半个球，被阳光照亮的半个地球是白昼，没有被阳光照亮的半个地球是黑夜，昼半球和夜半球的分界线，叫做晨昏线。对于昼夜交替现象的发现，取决于哥白尼日心说。
由于地球的自转地球不同位置同一时刻的昼夜情况是不一样的，有的是正午，有的是子夜，有的正经历昼夜交替的早晨，黎明或傍晚。当某地太阳升起到一天中最高位置时，太阳只射在该地所处的经线上，这时就是当地的正午。这样确定的时间叫做地方时(local time)。经度每相差15度，地方时相差1小时。
由于地轴是倾斜的，所以地球上不同地区的昼夜长短是不同的。在地球的南北两极地区，太阳终年斜射，昼夜长短变化最大。
南北半球的高纬度地区还会出现太阳终日不落或终日不出的现象，即一天24小时都是白天或者都是黑夜，这就是极地地区的“极昼”和“极夜”现象。在南北极点，有长达半年的极昼和极夜。
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