年輪由形成層每年的活動而產生。春天，氣候溫和、雨量充沛，對樹木的生長有利，這是形成層細胞分裂旺盛，新產生的細胞大而明顯，導管又大又多，因此，木材就顯得顏色淡，質地松軟。入夏以后，隨著氣溫增高。雨量減少，特別是到秋天，天氣漸冷，雨量更少，形成層活動減弱，分裂出的細胞形狀小，加上細胞壁厚，導管又少，木材顯得致密而堅硬，顏色也深。
樹木年輪一直是樹木年代學的主要研究對象，年輪是記載氣候和環境變化的記錄儀。利用年輪寬度來重建過去上百甚至幾千年的降雨和溫度變化，利用年輪密度分析和年輪中元素濃度的變化來推測過去環境變化，已成為全球變化研究的重要手段之一。歐美各國學者很盛行利用樹木年輪資料對氣候和環境要素尤其是環境污染變化進行研究，我國從八十年代也開始了利用樹木年輪進行環境污染狀況研究的工作。主要研究方向包括，年輪寬度，年輪平均密度等。常用體積比重法、光透視法、硬度測定法、抗張強度測定法、β微粒法等方法。近年來，年輪元素的研究逐漸興起，這為分析環境因子對樹木生長的影響提供了新的依據，為樹輪氣候學的發展開辟了新的領域。