Jesień astronomiczna rozpoczyna się w momencie równonocy jesiennej i trwa do momentu przesilenia zimowego, co w przybliżeniu oznacza na półkuli północnej okres pomiędzy 23 września a 22 grudnia (czasami daty te wypadają dzień wcześniej lub dzień później, a w roku przestępnym mogą być dodatkowo cofnięte o jeden dzień). Podczas jesieni astronomicznej dzienna pora dnia jest krótsza od pory nocnej, a ponadto z każdą kolejną dobą dnia ubywa, a nocy przybywa.
Początki wiosny i jesieni tradycyjnie nazywamy równonocami, chociaż dzień jest jeszcze nieco dłuższy od nocy. Odpowiedzialne za to są dość duże kątowe rozmiary Słońca (wschód to moment ukazania się pierwszego jego skraju nad horyzontem) i zjawisko ugięcia promieni słonecznych w atmosferze (refrakcja).
Jednak oś obrotu Ziemi tworzy kąt 66.5 stopnia z ekliptyką (płaszczyzną orbity wokół Słońca), dzięki czemu na naszej planecie występują zmiany pór roku spowodowane różną długością dnia. Gdyby oś obrotu naszej planety była nachylona pod kątem 90 stopni do ekliptyki, nie mielibyśmy pór roku. Na każdej szerokości geograficznej dzień trwałby zawsze tyle samo czasu, a Słońce zawsze górowało na jednej wysokości.