日出时间和经纬度的关系是经纬度(就是地理坐标)、太阳所在的赤纬。当太阳直射北半球的时候，位置越北，昼长越长，日出时间越早，日落时间越晚。也就是说，当太阳直射北半球时，北半球纬度越高，日出越早，日落越晚;南半球纬度越高，日出越晚，日落越早。当太阳直射南半球时反之。

日出的时间会随季节及各地方纬度的不同而改变。传统上认为在北半球，冬至时日出的时间最晚，然而事实上日出最晚的时间该是1月初。同一道理，日出最早的时间并非在夏至时，而是在6月中旬。即使在赤道地区，日出及日落的时间在全年里亦会有少量的变更。事实上，对于地球上除赤道与两极及其附近的绝大部分地区，一年中日出最早的一天都在夏至之前，日落最晚的一天都在夏至之后，日落最早的一天都在冬至之前，日出最晚的一天都在冬至之后。

首先，地球每时每刻都围绕着太阳自西向东公转。根据运动的相对性，我们从地球上也能观测到太阳在一年当中围绕天球黄道自西向东旋转一圈。由于地球自转轴的倾斜角，使得太阳在黄道上运行的大圆对地球的天球赤道是倾斜的，当太阳在两个分点时，穿越赤道时会有一个角度的。所以平行于赤道的速度分量小于年平均速度；当太阳在至点时，它的运动方向是完全平行于赤道的，所以运行速度高于年平均速度。这会导致在春分、秋分前后，一天当中的白昼时段逐渐提前；夏至、冬至前后，一天当中的白昼时段逐渐推迟。其次，我们知道，地球的轨道是一个椭圆而不是正圆，太阳在地球轨道的一个焦点上。根据开普勒定律，当地球接近太阳时，速度会加快，到达近日点时的运动速度最快；远离时又会减慢，到达远日点时的速度最慢。而这个效应从太阳在天球赤道的周年运动轨迹当中也能够反映出来。虽然第二个因素比第一个因素的影响要小一些，但是它也足以使北半球春分这一天的白昼时段，比秋分这一天整体推迟了约16分钟。