地球的自轉和公轉一樣，方向均為由西向東，若從北極上方往下看，兩者均呈現逆時針轉動。

       地球的自轉形成天體的周日運動，也產生晝夜交替變化。自轉軸約略指向北極星，故對地球上的觀測者而言，北極星幾乎固定在天空中永遠不動，其仰角大致等於觀察者所在緯度，而其他天體則會東升西落。夜晚時，若用相機對著北極星進行長時間曝光拍攝，便可記錄到群星繞著北極星旋轉的圓弧形軌跡。

       若以遠方的一顆恆星為基準，當恆星連續兩次通過中天，即地球繞著自轉軸旋轉一圈360度所需的時間定義為一個恆星日；若以太陽為基準，當太陽連續兩次通過中天所需的時間定義為一個太陽日。由於地球在自轉的同時也會繞著太陽公轉，每天大約繞太陽公轉1度，因此每天需要多花4分鐘的時間才能再次正對太陽，這也導致太陽日的長度要比恆星日來的長。平均太陽日為24小時，這是因為地球的軌道為橢圓形，每天的太陽日長度並不一致，而恆星日約23小時56分鐘，也就是說恆星每天會提早4分鐘到達相同位置，一年後會提早24小時升起，即相同星空於同一時刻再現的週期為一年，故稱為周年運動。

(恆星日與太陽日，取自維基百科)