日出时间和经纬度的关系是太阳所在的经纬度(即地理坐标)和赤纬。太阳直射北半球时，越往北，白天越长，日出越早，日落越晚。也就是说，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，情况正好相反。

日出的时间会随着季节和不同地方的纬度而变化。传统上认为，在北半球，日出最晚是在冬至，但实际上，最晚的日出应该是在1月初。同理，最早的日出也不是在夏至，而是在六月中旬。即使在赤道地区，一年中日出和日落的时间也会有一点变化。事实上，对于地球上除赤道和两极以外的大部分地区，日出最早的一天是在夏至之前，日落最晚的一天是在夏至之后，日落最早的一天是在冬至之前，日出最晚的一天是在冬至之后。

首先，地球自西向东一直绕着太阳转。根据运动的相对性，我们也可以从地球上观测到，太阳在一年中自西向东绕着黄道旋转。由于地球自转轴的倾角，太阳在黄道上运行的大圆是向地球天球赤道倾斜的。太阳在二分点时，过赤道时会有一个角度。所以平行于赤道的速度分量小于年平均速度；太阳在至日时，其运动方向完全平行于赤道，因此其运行速度高于年平均速度。这将导致春分和秋分前后白天逐渐提前；夏至和冬至前后，一天的白昼时间逐渐推迟。其次，我们知道地球的轨道是椭圆而不是正圆，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，它的速度会增加，到达近日点时运动最快。离得远了会慢下来，到了远点最慢。这种效应也可以从太阳在天球赤道的年运行轨迹上反映出来。虽然第二个因素的影响不如第一个因素，但足以使北半球春分的白天推迟16分钟左右。