Il sole di mezzanotte è un fenomeno astronomico che si verifica nelle regioni oltre il circolo polare.
In prossimità del solstizio estivo, a causa dell'inclinazione dell'asse di rotazione della Terra, a latitudini superiori a 66°33‘ il Sole non scende mai sotto l'orizzonte, e quindi non cala mai la notte. I paralleli 66°33‘ nord e sud, che delimitano le regioni in cui si osserva questo effetto, vengono chiamati circoli polari.
La durata di questo fenomeno dipende dalla latitudine: a 70° il Sole non tramonta per 17 giorni consecutivi, a 80° per 71 giorni, ai poli (90°) per metà dell'anno.
Dato che non ci sono terre abitate a sud del circolo polare antartico, questa esperienza è limitata alle popolazioni della Fennoscandia, della Russia, del Canada, dell'Alaska, della Groenlandia e dell'Islanda (quest'ultima solo per rifrazione, essendo sotto il circolo polare).
D'inverno si verifica il fenomeno opposto che è chiamato notte polare. Ci sono tuttavia delle regioni in cui si ha il sole di mezzanotte ma non la notte polare: perché sia buio, il Sole deve essere 12° sotto l'orizzonte, altrimenti si vede la luce del crepuscolo. La notte polare non è quindi osservabile in Europa.
Dato che l'asse terrestre è inclinato di 23°27' rispetto all'eclittica, in estate il Sole non tramonta alle latitudini elevate. La durata del giorno polare, cioè del periodo in cui il Sole non tramonta mai, varia da 24 ore (durante il solstizio d'estate) al circolo polare, a 4464 ore (186 giorni) ai poli.
A causa della rifrazione il fenomeno del sole di mezzanotte può essere visto anche da regioni circa un grado al di sotto del circolo polare (come, appunto, l'Islanda).
Nelle regioni a latitudini inferiori al circolo polare fino a circa il 60° parallelo, si verifica il cosiddetto fenomeno della notte bianca. In tali regioni il Sole tramonta dietro l'orizzonte, ma a causa della rifrazione la luce del crepuscolo è sufficiente per svolgere ogni attività diurna senza l'utilizzo di luce artificiale.