Die Umdrehungszeit der Erde ist ein Sternentag, dessen genauer Wert derzeit 23 Stunden, 56 Minuten und 4 Sekunden beträgt. In unserem täglichen Leben verwenden wir jedoch den Sonnenkalender, also 24 Stunden. Dementsprechend benötigt die Erde derzeit etwa 365 Sonnenkalender-Tage, um eine Umdrehung um die Sonne zu vollführen. Daher definiert unser aktueller Kalender ein Jahr als 365 Tage, und in Schaltjahren wird ein zusätzlicher Tag hinzugefügt. Allerdings dreht sich die Erde nicht gleichmäßig und zeigt einen langfristigen Verlangsamungstrend. In den 1920er Jahren wurden sowohl die langfristige Verlangsamung der Erdrotation als auch saisonale Schwankungen entdeckt.
Die Gezeitenwirkung des Mondes hat den größten Einfluss auf die Geschwindigkeit der Erdrotation. Die Gezeitenwirkung der Sonne und des Mondes auf die Erde ist der Hauptfaktor, der die Geschwindigkeit der Erdrotation verlangsamt. Dadurch verlängert sich die Länge eines Sonnenkalender-Tages innerhalb eines Jahrhunderts um 1,6 Millisekunden. Auf lange Sicht führt dies zu einer allmählichen Verkürzung der Anzahl der Tage im Jahr. In der Antike war die Situation jedoch genau umgekehrt. Geologische Studien zeigen, dass vor 570 Millionen Jahren in der Kambrischen Zeit ein Tag nur 20,47 Stunden dauerte und ein Jahr 428 Tage umfasste. Vor 370 Millionen Jahren, in der Mitte des Devon-Zeitalters, betrug ein Tag 22 Stunden und ein Jahr 398 Tage. Da die Umdrehungszeit der Erde relativ stabil ist, ist die Verkürzung der Anzahl der Tage im Jahr ein klarer Beweis für die langfristige Verlangsamung der Erdrotation.
Die saisonalen Schwankungen der Erdrotation werden durch den Monsun verursacht, der im Frühjahr eine Verlangsamung und im Herbst eine Beschleunigung zeigt, mit einer Schwankungsbreite von 20 bis 25 Millisekunden. Darüber hinaus können komplexe unregelmäßige Änderungen der Erdrotation durch interne Stoffbewegungen, Plattenbewegungen an der Oberfläche, Gletscherschmelze und -verschiebungen sowie sogar Meteoriteneinschläge verursacht werden. Aufgrund der ungleichmäßigen Rotation der Erde ändert sich auch die Länge des „1 Sekunde“-Intervalls unregelmäßig, was für Arbeiten mit hoher Zeitgenauigkeit problematisch ist. Daher beschloss die 13. Internationale Meterkonferenz 1967, die Länge einer Sekunde auf 919.236.170 Schwingungen einer bestimmten Cäsium-Atomemission festzulegen. Da die Stabilität von Atomschwingungen weitaus höher ist als die der Erdrotation, ist die so definierte Sekunde äußerst präzise. Das auf dieser Sekunde basierende Zeitmesssystem wird als Internationale Atomzeit bezeichnet.
Die Definition der Atomzeitsekunde wurde so gewählt, dass sie möglichst gut mit der im täglichen Leben vertrauten Sekunde übereinstimmt, die durch die Erdrotation definiert wird. Allerdings sind diese beiden Zeitsysteme letztlich auf völlig unterschiedliche physikalische Prozesse angewiesen und können daher nicht vollständig übereinstimmen. Nach der aktuellen Standarddefinition würde die Internationale Atomzeit selbst dann, wenn die Erdrotation streng konstant bliebe, fast eine Sekunde schneller als die Sonnenzeit sein. Dies würde bedeuten, dass bei einer vollständigen Verwendung der Internationalen Atomzeit in unserem täglichen Leben nach einigen zehntausend Jahren Fehler auftreten könnten, die uns in die unangenehme Situation bringen würden, bei Sonnenaufgang um Mitternacht zu sein. Um dieses Problem zu lösen, schlugen die Internationale Astronomische Union und der Internationale Funkberatungsausschuss ein „koordiniertes Weltzeit“-System vor, das die Atomzeit als Bezugsrahmen verwendet und deren gleichmäßigen Ablauf nach dem Atomzeit-System ermöglicht. Allerdings wird die Zeitmessung nach Bedarf festgelegt, und zwar entweder am 30. Juni oder am 31. Dezember, wenn nach der koordinierten Weltzeit 23:59:59 Uhr eine 60-Sekunden-Ergänzung eingefügt wird, gefolgt von 0:00 Uhr am nächsten Tag, um den Rückstand der Weltzeit gegenüber der Atomzeit auszugleichen, der als Schaltsekunde bezeichnet wird. Da die Geschwindigkeit der Erdrotation sehr unregelmäßig ist, muss der Zeitpunkt der Einführung einer Schaltsekunde auf der Grundlage der tatsächlichen Beobachtungen der Erdrotation bestimmt werden.