其實，地球的運動是在變化著，而且極不穩定。通過對月球、太陽和行星的觀測資料和對古代月食、日食資料的分析，以及通過對古珊瑚化石的研究，可以得到地質時期地球自轉的情況。根據“古生物鍾”的研究發現，地球的自轉速度在逐年變慢。如在4.4億年的晚奧陶紀，地球公轉一周要412天；到4.2億年前的中誌留紀，每年隻有400天；3.7億年前的中泥盆紀，一年為398天；到了1億年前的晚石炭紀，每年約為385天；6500萬年前的白堊紀，每年約為376天；而現在一年隻有365.25天。據天體物理學的計算，證明了地球自轉速度正在變慢。
科學家將地球逐年變慢的現象解釋為是由於月球和太陽對地球的潮汐作用引起的。由於潮汐摩擦，使地球自轉角動量變小，從而引起月球以每年3～4厘米的速度遠離地球，使月球繞地球公轉的周期變長。除潮汐摩擦原因外，地球半徑的可能變化、地球內部地核和地幔的耦合、地球表麵物質分布的改變等也會引起地球自轉周期的變化。
石英鍾的發明，使人們能更準確地測量和記錄時間，通過石英鍾計時觀測日地的相對運動，發現在一年內地球自轉存在著時快時慢的周期性變化：春季自轉變慢，秋季加快。
科學家經過長期觀測認為，引起這種周期性變化的原因與地球上的大氣和冰的季節性變化有關。此外，地球內部物質的運動，如重元素下沉、向地心集中、輕元素上浮、岩漿噴發等，都會影響地球的自轉速度。
地球自轉速度除上述長期減慢外，還存在著時快時慢的不規則變化，這種不規則變化同樣可以在天文觀測資料的分析中得到證實。
地球自轉的周期性變化主要包括周年周期的變化，月周期、半月周期變化以及近周日和半周日周期的變化。周年周期變化，也稱為季節性變化，是20世紀30年代發現的，它表現為春天地球自轉變慢，秋天地球自轉加快，其中還帶有半年周期的變化。周年變化的振幅為20毫秒～25毫秒，主要由風的季節性變化引起。半年變化的振幅為8毫秒～9毫秒，主要由太陽潮汐作用引起。此外，月周期和半月周期變化的振幅約為±1毫秒，是由月亮潮汐力引起的。
20世紀以來，隨著天文觀測技術的發展，證實地球自轉是不均的。
1967年國際上開始建立比地球自轉更為精確和穩定的原子時。由於原子時的建立和采用，地球自轉中的各種變化相繼被發現。現在天文學家已經知道地球自轉速度存在長期減慢、不規則變化和周期性變化。
除了地球的自轉外，地球的公轉也不是勻速運動。這是因為地球公轉的軌道是一橢圓，最遠點與最近點相差約500萬千米。當地球從遠日點向近日點運動時，離太陽越近，受太陽引力的作用越強，速度越快。由近日點到遠日點時則相反，運行速度減慢。
還有，地球自轉軸與公轉軌道並不垂直；地軸也並不穩定，而是像一個陀螺在地球軌道麵上做圓錐形的旋轉。地軸的兩端並非始終如一地指向天空中的某一個方向，如北極點，而是圍繞著這個點不規則地畫著圓圈。地軸指向的這種不規則，是地球的運動所造成的。
科學家還發現，地球運動時，地軸向天空畫的圓圈並不規整。就是說地軸在天空上的軌跡根本就不是在圓周上的移動，而是在圓周以外做周期性的擺動，擺幅為9秒。
由此可以看出，地球的公轉和自轉是許多複雜運動的組合，而不是簡單的線速或角速運動。
從地球上看，太陽沿黃道逆時針運動，黃道和赤道在天球上存在相距180度的兩個交點，其中太陽沿黃道從天赤道由南向北通過天赤道的那一點，稱為春分點，與春分點相隔180度的另一點，稱為秋分點，太陽分別在每年的春分（3月21日前後）和秋分（9月23日前後）通過春分點和秋分點。對居住在北半球的人來說，當太陽分別經過春分點和秋分點時，就意味著已是春季或是秋季時節。太陽通過春分點到達最北的那一點稱為夏至點，與之相差180度的另一點稱為冬至點，太陽分別於每年的6月22日前後和12月22日前後通過夏至點和冬至點。同樣，對居住在北半球的人來說，當太陽在夏至點和冬至點附近時，從天文學意義上，已進入夏季和冬季時節。上述情況，對於居住在南半球的人來說，則正好相反。
地球運動之謎
地球還隨太陽係一道圍繞銀河係運動，並隨著銀河係在宇宙中飛馳。地球在宇宙中運動不息，這種奔波可能自它形成時起便開始了。