Die mittlere Sonnenzeit bezieht sich aus ihrer Definition heraus auf die mittlere Sonne, die sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit am Himmelsäquator entlang bewegt. Die wahre Sonne wandert aber auf der Ekliptik, die um ca. 23.5° gegenüber dem Himmeläquator geneigt ist. Gleich lange Abschnitte auf der Ekliptik sind aber — projiziert auf den Himmeläquator — aufgrund dieser Tatsache ungleich lang.

Dazu folgende Skizze: Die Himmelskugel habe ich hier weggelassen, es geht nur um den Projektionseffekt der Längenabschnitte von der Ekliptik auf den Äquator. Die gleich langen Teilstücke a und b ergeben auf den Himmeläquator projiziert verschieden lange Abschnitte. Das ist ein Grund dafür, dass die mittlere Sonne von der wahren Sonne abweichen muß. Der Effekt tritt mit einer halbjährlichen Periode auf, da die Ekliptik den Himmelsäquator zweimal schneidet (im Frühlings- und Herbstpunkt), die Sonne also von Frühling bis Herbst 'oberhalb' des Äquators steht (positive Deklination) und zur restlichen Zeit 'unterhalb' (mit negativer Deklination) verläuft, und daher einmal nach unten und einmal nach oben projiziert wird.

Der zweite wesentliche Effekt ist das 2. Keplersche Gesetz, aufgrund dessen die Erde in Sonnennähe schneller auf ihrer Bahn umläuft als in Sonnenferne, weil die Bahn nunmal eine leichte elliptische Form hat. Dieser Effekt hat eine ganzjährige Periode.

Man addiert nun beide Effekte und erhält nachstehendes Diagramm:

Grün ist hier der Projektionseffekt und blau der Geschwindigkeits-Effekt eingezeichnet, addiert diese beiden ergibt sich die rote Kurve. Man kann sich vorstellen, dass die mittlere Sonne auf der 0-Linie gleichmäßig entlang läuft, während sich die wahre Sonne der roten Kurve entlang bewegt. Eine Sonnenuhr, die immer wahre Sonnenzeit anzeigt, geht einmal nach, dann wieder vor. Viermal schneidet die Zeitgleichung die 0-Linie, und ebenso viermal stellt sich ein lokales Maximum bzw. Minimum ein.

Man erhält also:

Zeitgleichung =
Wahre Sonnenzeit – Mittlere Sonnenzeit

(Früher war das Vorzeichen umgekehrt)

Im Februar z.B. geht die wahre Sonne nach, d.h. sie geht erst nach der mittleren Sonne durch den Meridian. Die Zeitgleichung hat einen negativen Wert. Im November geht die wahre Sonne vor, die Zeitgleichung ist positiv. Die Extremwerte und Nullstellen der Zeitgleichung sind nachstehend für das Jahr 2000 zusammengefasst:

Extremwerte und Nullstellen der Zeitgleichung für des Jahr 2000
Absolute Extremwerte		Relative Extremwerte		Nullstellen
11. Februar	-14m15s			15. April
		14. Mai	+3m41s	13. Juni
		26. Juli	-6m30s	1. September
3. November	+16m25s			25. Dezember
Berechnen Sie die Werte der Zeitgleichung für das aktuelle Jahr: Zeitgleichung berechnen

Diese Daten variieren natürlich wegen diversen Abweichungen der Sonnenbewegung sowie der Schaltjahre ein wenig. Oben genannte Werte gelten nur für das Jahr 2000 exakt (Quelle:[33]).

Die Zeitgleichung kann also Werte von mehr als ± ¼h und mehr annehmen, darf daher nicht vernachlässigt werden.