由於樹木週期性季節生長的速度不同，而在木質部橫切面上形成肉眼可分辨的層層同心輪狀結構稱為年輪。

觀察樹幹的橫切面，會看到面上滿布一個個同心圓的環，我們可以數環數確定樹齡，每一環代表一年。

次級生長的植物，到一定的生長階段，根莖中的維管形成層開始向外發展出韌皮，向內發展出木材。木材包括木質部和薄壁射線，每個生長季環境週期的變化使得木材的形態出現交替變化，有早晚材之分，早材因為日照強烈、雨量豐沛，所以細胞較大、顏色較淺，排列疏鬆；晚材因為日照較少、天氣較乾冷，所以細胞細小、顏色較深，緻密，排列較早材緊密。

當季晚材與下季早材的界限明顯，其界限被稱為年界，每個生長季形成的一圈木材，就會形成年輪。年輪紋路疏的一面朝向日照方向，在北半球通常就是南方，紋路密的一面朝背陰方向。

除日照方向影響年輪紋路疏密之外，若是樹幹因風或其他外力等原因而稍微傾斜，倒向邊的最年輕的年輪會長得較厚，因為橫向的主幹要回直。 結果會使這一層年輪的中心偏向一邊。

透過對樹木年輪進行科學分析並測定年代的方法被稱為樹輪年代學，這門學科在考古學、美術史、樹木氣候學領域有重要應用價值。