有關冬至的起源和天文意義
節氣起源
冬至這天，太陽運行至黃經270°(冬至點)，太陽直射地面的位置到達一年的最南端，太陽幾乎直射南迴歸線(又稱為冬至線)，陽光對北半球最為傾斜。因此，冬至日是北半球各地一年中白晝最短的一天，並且越往北白晝越短。在北極圈以北，這一天太陽整日都在地平線之下，成為北半球一年中極夜範圍最廣的一天。對北半球各地而言，冬至也是全年正午太陽高度最低的一天。就北京市區來說，冬至這天白晝僅有9小時20分，而正午太陽高度也僅有26°42'。冬至這天，北半球得到的太陽輻射最少，比南半球少了約50%。冬至節屆即一陽生，新歲實始。《載敬堂集》載「夏盡秋分日，春生冬至時」，冬至節，春之先聲也。冬至過後，夜空星象則完全換成冬季星空，並且從今天起開始「進九」。而此時的南半球正值酷熱的盛夏。
冬至是24節氣中最早被制訂的一個，然而多數人並不知道，冬至的起源居然是來自於一次國家層面的都城規劃。早在3000多年前，周公始用土圭法測影，在洛邑測得天下之中的位置，定此為土中，這在當時有著政治意義的舉動，卻成了影響後世幾千年的節日之一。
周公到洛陽，用土圭法測得洛陽所處的地方即為「天下之中」，然後開始占卜國家社稷的吉地。《尚書·洛誥》記載：周公「朝至於洛師」，對洛陽周邊的幾個地方做了考察，最後確定澗水東、瀍水西、瀍水東皆「惟洛食」(都是興建宗廟社稷的好地方)。周公通過「土圭測景」選定洛邑基址的史實，被載入了古代典籍，也被後人奉為封邦建國的成法。
「土圭測景」的目的是找出「土中」(中國的中心)。這種方法的要義是「樹八尺之表，夏至日，景長尺有五寸;冬至日，景長一丈三尺五寸」(即豎起高為8尺的標桿，在夏至日觀測，中午的日影是1.5尺，冬至日中午的日影是13.5尺)， 「測土深，正日影，求地中，驗四時」。 用這種方法測到的就是「土中」洛陽、「洛邑」的理論位置。
依周公測影所定的天下之中，周人詳細規劃了滅商後的第一座國家都城，《逸周書·作雒》載：「乃作大邑成周於土中，……南繫於洛水，北因於邙山，以為天下之大湊。」。「定天保，依天室」，國家社稷(都城、宗廟)完成之後，周公在成周明堂制禮作樂，詳細制訂了國家禮儀制度， 據記載，周代以冬十一月為正月，以冬至為歲首過新年，也就是說，周公選取的是經土圭法測得的一年中「日影」最長的一天，為新的一年開始的日子。
由周到秦，以冬至日當作歲首一直不變。至漢代依然如此，《漢書》有云：「冬至陽氣起，君道長，故賀……」也就是說，人們最初過冬至節是為了慶祝新的一年的到來。古人認為自冬至起，天地陽氣開始興作漸強，代表下一個循環開始，是大吉之日。因此，後來一般春節期間的祭祖、家庭聚餐等習俗，也往往出現在冬至。冬至又被稱為「小年」，一是說明年關將近，餘日不多;二是表示冬至的重要性。把冬至作為節日來過源於漢代，盛於唐宋，並相沿至今。周歷的正月為夏歷的十一月，因此，周代的正月等於如今的十一月，所以拜歲和賀冬並沒有分別。直到漢武帝採用夏歷後，才把正月和冬至分開。因此，也可以說專門過「冬至節」是自漢代以後才有，盛於唐宋，相沿至今。
天文意義
現代天文科學測定，冬至這天，太陽運行至黃經270°(冬至點)，太陽直射地面的位置到達一年的最南端，太陽幾乎直射南迴歸線(又稱為冬至線)，陽光對北半球最為傾斜。因此，冬至日是北半球各地一年中白晝最短，黑夜最長的一日，並且越往北白晝越短，黑夜越長。在北極圈以北，這一天太陽整日都在地平線之下，成為北半球一年中極夜範圍最廣的一天。對北半球各地而言，冬至也是全年正午太陽高度最低的一日。就北京市區來說，冬至這天白晝僅有9小時20分，而正午太陽高度也僅有26°42'。冬至這天，北半球得到的太陽輻射最少，比南半球少了約50%。冬至過後，夜空星象則完全換成冬季星空，並且從今天起開始「進九」。而此時的南半球正值酷熱的盛夏。
值得注意的是，在冬至前後，地球位於近日點附近，運行的速度稍快，這造成了在一年中太陽在南半球的時間比在北半球約短8天，因此北半球的冬季比夏季要略微短一些。
註：地極軸通過地心，連結南、北兩極，與地球公轉軌道面的夾角為66°34′，和地球自轉軌道面——赤道面垂直。