Thu phân thường rơi vào ngày 22 đến 24 tháng 9, khi Mặt Trời băng qua xích đạo trời từ Bắc xuống Nam, đối lập với Xuân phân hồi đầu năm. Đây là thời điểm ánh sáng phân bố đều giữa hai bán cầu, khiến ngày và đêm gần như bằng nhau trên toàn thế giới – mỗi bên khoảng 12 tiếng.
Vào ngày Thu phân, Mặt Trời chiếu thẳng lên xích đạo, tạo nên sự cân bằng ánh sáng giữa hai bán cầu. Từ sau thời điểm này, bán cầu Bắc bắt đầu nhận ít ánh sáng hơn, trong khi bán cầu Nam dần ấm lên.
Tại Việt Nam, Thu phân được xem là giữa mùa thu, theo lịch tiết khí truyền thống. Còn ở nhiều nước phương Tây, đây lại là ngày đầu tiên của mùa thu ở bán cầu Bắc và ngày đầu tiên của mùa xuân ở bán cầu Nam.
Cũng như Xuân phân, vào ngày Thu phân, Mặt Trời sẽ mọc “chính xác” ở phía Đông và lặn “chính xác” ở phía Tây, giúp người quan sát dễ dàng xác định phương hướng.