年輪的形成與樹木的生長環境和氣候條件密切相關。在樹木的生長期間，樹皮和木質部之間的形成層細胞不斷分裂，產生新的細胞。這種活動主要受季節性變化的影響，在春季和夏季，當氣候溫暖、雨量充沛時，形成層細胞分裂活躍，產生的細胞較大，木材顏色較淡，質地鬆軟。進入秋季後，隨着氣溫下降和雨量減少，形成層活動減弱，產生的細胞較小，木材顏色較深，質地緻密。這樣，每年氣候條件的變化導致年輪的形成，年輪的寬窄變化可以反映生長當年的氣候條件，如溫暖溼潤的年份可能形成較寬的年輪，而在寒冷乾旱的年份則可能形成較窄的年輪。
此外，年輪的密度和顏色差異不僅取決於季節變化，還受到樹種、地理位置、日照時間等因素的影響。例如，生長在北半球的樹木，由於太陽直射的原因，南面的年輪可能相對較疏，而北面的年輪較密。年輪不僅是樹木年齡的標誌，還蘊含着過去氣候、環境變化的信息，對歷史學、氣象學、林業研究等領域有着重要的應用價值。