最主要的原因就是秋天没有充足的水分和光照。绿叶的主要用途是吸收太阳光进行光合作用制造养料，以及蒸腾水分。蒸腾水分可以使树木在炽热的阳光下不至于被灼伤。通常是气温越高，水分蒸腾得越多。一到秋冬季节，雨水稀少，空气干燥，土壤中的含水量也随之减少，满足不了树木生长的需要。再加上太阳光斜射北半球，日照时数一天天缩短，它提示树木冬季就要来临。此时树叶中就会产生一种植物激素——脱落酸。当叶片中的脱落酸输送到叶柄的基部时，在叶柄基部会形成一层非常小而细胞壁又很薄的薄壁细胞，植物学家称这种薄壁细胞为离层，离层的形成会使水分不能再正常输送到叶子里。
在脱落酸的作用下，离层周围会形成一个自然的断裂面。叶子由于得不到充足的水分供应，会逐渐干枯，自然断裂面越来越明显，经秋风一吹，便会落叶纷飞，甚至无风亦会自动飘零。秋天树木落叶能降低水分蒸腾和减少养料消耗，让树木能安全度过寒冷干燥的冬季。
由于各种树木对日照长短的敏感度和对水分的需求不同，落叶时间也不尽相同。即使同一种树木，若所处环境不同，其落叶时间也会不一样。因而人们常发现在瑟瑟秋风中，大多数树木的叶子已落尽，唯有靠近路灯的树上依然有树叶迎风傲立，这是因为路灯的照射弥补了自然日照的不足。所以，园艺上常用人工延长光照时间的方法来延缓花木早衰与落叶。
而松树、柏树等常绿树木，因其叶片表皮细胞壁厚，并且具有一层厚的角质层，加之叶面较为窄小，所以耐寒性极强，风吹不落，经冬不凋。（孟宪超）
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