Причиною великої природної аномалії є активний зональний перенос повітряних мас. Дмуть в тропосфері західні вітри поширюють за Урал тепле повітря Атлантики. За рахунок великої швидкості перенесення він практично не встигає охолонути і тим самим визначає м'який, європейський характер зими. Періодично в напрямку повітряних потоків виникає південно-західна складова, що сприяє винесенню ще більш теплого субтропічного повітря з районів Середземномор'я, Близького Сходу і Середньої Азії.
Зазвичай в цей час над холонучим континентом формується велика область високого тиску, більше відома як азіатський антициклон. Опановуючи всієї азіатської частиною країни, він не пускає за Урал атлантичні циклони. В умовах ясного неба і тривалого темного часу континентальне повітря інтенсивно вихолоджується, що призводить до формування стійкої морозної погоди.
Але поки азіатський антициклон надзвичайно слабкий і майже не простежується в тропосфері. Зате протистоїть йому циркумполярний вихор - область низького тиску в Арктиці - навпаки, дуже глибокий і активний. Кілька зміщений в російський сектор Арктики він створює велику різницю тиску між Арктикою і середніми широтами і тим самим задає тон інтенсивному зональному переносу.
У метеорології така модель атмосфери отримала назву позитивної (теплою) фази Арктичного коливання - одного з головних індикаторів характеру погоди взимку в Північній півкулі. Крім позитивної фази виділяється негативна (холодна) фаза, під час якої відбувається ослаблення зонального перенесення і збільшення меридіональної складової циркуляції. Це призводить до формування дуже холодної погоди, причому не тільки в Сибіру, але і в Європі.
Середня тривалість циклу становить 7-10 днів, але іноді вона може збільшуватися на місяць. Прогнозування індексу ускладнюється тим, що зміна фаз носить випадковий характер і залежить від безлічі факторів.