冬天白天最短的一天是冬至这一天。
冬至是北半球全年中白天最短、黑夜最长的一天，过了冬至，白天就会一天天变长。古人对冬至的说法是：阴极之至，阳气始生，日南至，日短之至，日影长之至，故曰“冬至”。
冬至过后，各地气候都进入一个最寒冷的阶段，也就是人们常说的“进九”，我国民间有“冷在三九，热在三伏”的说法。
现代天文科学测定，冬至日太阳直射南回归线，阳光对北半球最倾斜，北半球白天最短，黑夜最长，这天之后，太阳又逐渐北移。
一年中最短的一天是冬至日。
冬至这天，太阳运行至黄经270°（冬至点），太阳直射地面的位置到达一年的最南端，太阳几乎直射南回归线（又称为冬至线），阳光对北半球最为倾斜。因此，冬至日是北半球各地一年中白昼最短的一天，并且越往北白昼越短。
一年中最长的一天：
夏至这天，太阳运行至黄经90度（夏至点，目前处在双子座），太阳直射地面的位置到达一年的最北端，几乎直射北回归线，此时，北半球各地的白昼时间达到全年最长。对于北回归线及其以北的地区来说，夏至日也是一年中正午太阳高度最高的一天。这一天北半球得到的太阳辐射最多，比南半球多了将近一倍。
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回答一年中哪一天白昼时间最短之前，需要知道，提问者位于南半球还是北半球。南北半球以赤道为界，南北半球的昼夜长短变化是相反的，对称式的。
北半球白昼最短是冬至；而南半球白昼最短的是，夏至。
那么是为什么呢？
因为这个和黄赤交角有关系。
地球自身不发光，而且不透明，是个近圆形。地球的公转轨道面黄道和地球赤道面的交角为黄赤交角，为23.5度。
所以太阳直射点，就在南纬23.5到北纬23.5之间往复。
每年的春分日，也就是3月21日，太阳直射点在赤道上，这一天，地球上所有地区，昼夜平分。每年的6月22日，也就是夏至日的时候，太阳直射点在北回归线，这一天，北半球迎来一年之中白昼最长的一天。而在3月21日到6月22日，这个期间，太阳直射点往北移动，所以北半球白昼时间不断增加，相反，南半球白昼时间逐渐变短，在夏至日，南北球白昼时间达到一年中的最短。
从二十四节气的角度来说：是真对我们国家的，可以说是冬至这一天最短，但从全球的角度来说，就说不准了，有的地方几个月太阳都不落，有的地方几个月都见不到太阳，所以提这个问题的人没有规定在地球的什么位置，白天最短的是哪一天。只能按回答问题的人，在什么位置来回答这个问题。
首先这是北半球的问题，南半球则相反；其次地球是一个相对于零度外冷内热的大物体，对于地表而言海拔越高温度越低，海拔越小温度越高，地表温度受太阳光线照射强度大小而起伏；第三最是由于热传导的作用水分蒸发的作用，地球表面不断向外散发热量，当地球散发热量的数量小于从太阳获得的热量的时候地球表面温度就会逐渐降低，秋到冬就属于这种情况；第四是最关键的 ，到冬至这天乃至随后几个九，虽然太阳照射强度不断变大，但从太阳获得的热量仍然小于地球散发热量的，所以地球继续降温，所以冬至不是最冷的一天。同理，中午12不是最热的时候。
