态的时候，大气中容易形成无数的冰晶。如果此时天气晴朗，没有风，在冰晶影响下，太阳光经过反射、折射和散射，太阳看上去就会接近矩形，形成方形太阳的天象。另一种说法是，在中高纬度地区，日落期间的太阳光线通过密度较大的近地面大气层和密度较小的高空之间时，容易发生折射，导致光线弯向地面一侧。如果太阳光上部和下部的光线都被折射到几乎平行于地平线，就可能会形成方形太阳。
观察点.日本北海道别海町的野付半岛尾岱沼，在秋冬季期间有一定概率可以观察到这个现象。