De zon is pas volledig ondergegaan op het moment dat de hele zonneschijf niet meer te zien is, waardoor de dagduur gemiddeld iets langer is dan de nacht; de nacht begint pas als de zon helemaal onder is en eindigt al op het moment dat het eerste stukje zon te zien is. Door reflectie in de atmosfeer blijft het nog wel enige tijd licht, waardoor zonsondergang niet gelijkstaat aan het moment wanneer het donker wordt.
De tijd tussen het moment waarop de zon al onder is gegaan terwijl het nog niet helemaal donker is, heet de avondschemering: schemering is dus een overgangsfase en zonsondergang is een moment. Het duurt 3 tot 4 minuten vanaf het moment dat het eerste randje van de zon achter de horizon verdwijnt tot aan de ondergang, ten gevolge van de diameter van de zon (0,53°). Deze duur is afhankelijk van seizoen en breedtegraad van de waarneming; vanaf de evenaar duurt het iets meer dan 2 minuten. Het moment waarop de zon ondergaat wordt vaak als het einde van de dag gezien.
De zon is langer zichtbaar dan ze daadwerkelijk boven de horizon staat. Dit komt doordat de atmosfeer een verticale dichtheidsgradiënt vertoont: in de bovenlucht is de atmosfeer ijler dan aan het aardoppervlak (de druk daalt met 1% per 100 meter). Samen met het kleinere effect van de temperatuursgradiënt zorgt dit voor een lichtbreking die de zonnestralen rond de aarde ombuigt.
