Vintersolståndet inträffar exakt den tidpunkt då en planets axellutning befinner sig som längst bort från den sol i vilket den ligger i omloppsbana. Jordaxelns lutning i förhållande till solens referensplan uppgår för tillfället till 23° 26' grader, men då vi även måste ta hänsyn till precessionen över större tidsenheter är detta en variabel att beakta. Sett från jorden så är det då solen antar sin minsta deklination, det vill säga att det är då solen står som lägst på himlen sett från norra halvklotet. Detta blir således årets kortaste dag men hänsyn till antalet ljustimmar. När detta inträffar så står solen i zenit över Stenbockens vändkrets och det brukar infalla mellan den 21 och 23 december på norra halvklotet respektive 20 till 23 juni på södra halvklotet. Vintersolståndet förskjuts knappt 6 timmar framåt varje normalår och drygt 18 timmar bakåt varje skottår som i sig infaller var fjärde år.


Vid norra halvklotets vintersolstånd lutar jordaxelns norra del rakt bort från solen, vilket medför att det norra halvklotet då får sin kortaste dag och längsta natt. Norr om norra polcirkeln går då solen inte ens upp utan det råder natt eller skymning dygnet runt. Omkring två veckor efter vintersolståndet befinner sig jorden som närmast solen, kallat perihelium.

Inom olika religiösa system uppfattas vintersolståndet som anmärkningsvärt, och firandet av julen hade ursprungligen en koppling till vintersolståndet. År O så var enligt den julianska kalendern vintersolståndet mellan 24 och 25 december men felet i den gjorde att på 1500-talet inföll det kring den 12 december vilket delvis korrigerades med den gregorianska kalender reformen. [ifrågasatt uppgift] men händelsen har även haft en anmärkningsvärd inverkan i andra kalendersystem. Ett exempel är midvinterfesten under natten Hōku (på Hawaii under fullmånen närmast innan vintersolståndet). Inom judendomen är det den första dagen av Tekufot tevet, då man enligt tradition inte skall dricka vatten som funnits lagrat i huset.