这是一个看起来很简单但实际上十分有意思的问题。首先你要搞清楚的是日出时间的定义，是太阳中部穿过地平线的时候，还是太阳顶端穿过地平线的时候？又或者是太阳底端穿过地平线的时候？还有，你是将海平面当做地平线还是根据你所在位置的地形确定地平线呢？

地球的大气层也会对太阳升起产生影响，它使得光线发生折射（或者使其方向偏转），以致于我们在有大气层情况下会比没有大气层的情况下早一些见到太阳。美国海军天文台对日出、日落的定义如下：

按照惯例，日出和日落指的是太阳圆盘顶部边缘接触地平线的时刻，把地平线看作是远处相对观察点位置无遮挡的天地相交线。我们假设大气状况是均匀的，并且大气层位于地球表面某一高度水平的区域。

因为地球绕自转轴旋转，所以天上的星体看起来升起又落下。位于磁偏角零度的星体（或者说是位于赤道正上空的星体）一天中有12个小时出现在天空中， 12个小时位于地平线之下。因此，当太阳位于磁偏角0度位置时（春分和秋分时刻）白昼时长为12个小时，黑夜时间也是12个小时。太阳位于最高点位置时（太阳穿过子午线时）被定义为本地正午。

对于北半球的观测者而言，太阳位于天球赤道北部时，一天内白昼时间长于12小时（北极地区太阳甚至不会落下）；太阳位于天球赤道南部时，一天内白昼时长短于12个小时（南极地区太阳甚至不会升起）。冬季，北半球太阳位于天球赤道南部，所以日照时间少于12小时——实际日照时长取决于当地实际纬度，本地正午时刻仍然是太阳位于最高点的时间。