Белые ночи наблюдаются в городах выше 60° северной широты из-за наклона земной оси. 12
На экваторе и в других низких широтах Солнце опускается за горизонт относительно быстро, преодолевая все три этапа сумерек за 1,5–2 часа. 2 С повышением широты траектория Солнца замедляется, и оно «не успевает» полноценно закатиться за горизонт, что создаёт эффект непрекращающихся сумерек. 2
Также сумерки возникают из-за того, что у Земли есть атмосфера, в которой свет частично рассеивается и освещает планету даже тогда, когда Солнце уже ниже горизонта. 2
В широтах выше полярного круга белые ночи наблюдаются в течение двух — четырёх недель до наступления полярного дня и после его окончания. 4