後來，由於人們觀測天體技術的提高，常常發現天體的觀測數據總是和理論推算不相符合，這就使人們對地球自轉的均勻性產生了懷疑。直到20世紀初發現了太陽的加速現象，人們才重又提出地球自轉速度長期減慢的事實，並開始探討其原因。
1929年，人們製造出了精度非常高的石英鍾（日差萬分之一秒），用它測定地球自轉周期，進一步證實地球自轉運動是不均勻的，有長期變化、季節變化和不規則變化。地球自轉周期有長期變慢的現象，在100年裏，一日的長度大約增長千分之一秒到千分之二秒。由於一日的變長不太顯著，所以隻有經過長期積累才會產生影響。
對珊瑚化石的研究也為地球自轉的減慢提出了有力的佐證。1963年，美國古生物學家韋爾斯對珊瑚化石“日輪”的研究結果進行了報道，他說，在4億年前泥盆紀時代的珊瑚化石上，每一“年輪”中有400條“日輪”，說明當時一年有400天左右。而在3.2億年前的石炭紀時代的珊瑚化石上，則有380條“日輪”，說明當時一年有380天左右。目前珊瑚相鄰“年輪”之間則僅有365條環紋，正好和現在一年的天數相等。如果地球繞太陽運動的軌道不變，它公轉一周的時間就不大可能有變化，這樣，泥盆紀時的一天就隻有21小時54分，石炭紀時一天也隻有23小時多一點。
目前，人們不再懷疑，地球自轉速度在變慢這一事實，然而對其變慢的原因卻有不同的解釋。
除了康德提出的月球對地球所產生的潮汐摩擦是減慢地球自轉周期的原因外，最近又有人提出了新見解，認為潮汐摩擦主要發生在淺海區。另外，地球半徑的脹縮，地核的增生，地核與地慢之間角動量的交換以及海平麵和冰川的變化等，都可能引起地球自轉的長期變化。但這些課題，目前還處在進一步的探索過程中。
隨著研究的不斷深入，人們發現地球自轉速度有在春天慢20～25毫秒，秋天又快20～25毫秒的年變化。對此，有人解釋為主要是季風和洋流周期性地搬遷地表質量引起的，即上半年有搬往低緯的質量，而下半年則相反，由於角動量守恒，製約了地球自轉的速度變化。但也有人認為這種變化是由地麵上氣團移動引起的，並作了形象的解釋：每年春夏季節有幾十億噸水由於蒸發變成水氣進入高幾百米、幾千米的高空，這仿佛是地球伸向宇宙空間的許多手臂，於是使地球自轉速度減慢。地球自轉好像一個溜冰的人在旋轉，當他兩臂伸展時，旋轉速度就要變慢。同一道理，在秋冬季節，大氣中的水氣回複為地表水，好像地球收縮許多手臂，地球自轉速度便又加快起來。以上兩種解釋哪種更科學還有待證實。
在發現轉速周期變化的同時，科學家還發現地球自轉有時快時慢的不規則變化。這些變化有的表現平緩，可能也與地核地幔之間的角動量交換有關。但有的卻是急驟的突變。如在美國華盛頓和裏士滿兩個地方，曾測得地球轉速在1957年、1961年和1965年等都有明顯突變。這到底又是什麼緣故？它的物理機製至今還令人費解。
有人推測海一氣的交互作用可能會引起幾周到幾月尺度內的轉速突變。然而這種觀測資料卻很小。地震與地球轉速變化的關係人們比較關心。在我國，據一些資料表明，季節性的轉速變化和某些構造與地震似乎有關聯，這對預測地震很有意義。但在1963年的千島群島大地震，1964年的阿拉斯加大地震前後，都沒有地球轉速明顯變化的表現。看來，在地球自轉速度變化的成因上，困惑人們的問題還是不少。