La période de rotation de la Terre est un jour sidéral. Sa valeur actuelle est de 23 heures, 56 minutes et 4 secondes, tandis que le jour solaire, utilisé dans la vie quotidienne, est de 24 heures. En conséquence, il faut environ 365 jours solaires pour que la Terre effectue une révolution autour du Soleil, et c'est pourquoi notre calendrier actuel définit une année comme étant de 365 jours, avec une journée supplémentaire ajoutée lors des années bissextiles. Cependant, la vitesse de rotation de la Terre n'est pas uniforme et présente une tendance à ralentir à long terme. Dans les années 1920, le ralentissement à long terme de la rotation de la Terre et les variations saisonnières ont été découvertes successivement.
L'effet des marées lunaires a le plus grand impact sur la vitesse de rotation de la Terre. L'attraction gravitationnelle du Soleil et de la Lune est le principal facteur qui ralentit la rotation de la Terre, faisant augmenter la durée d'un jour sidéral de 1,6 milliseconde par siècle. À long terme, cela entraînera une diminution progressive du nombre de jours par an. Cependant, dans les temps anciens, la situation était inverse. Des études géologiques montrent qu'il y a 570 millions d'années, pendant le Cambrien, un jour terrestre ne durait que 20,47 heures et une année comptait 428 jours ; 370 millions d'années plus tard, au milieu du Dévonien, un jour durait 22 heures et une année comptait 398 jours. La période de rotation de la Terre autour du Soleil est relativement stable, donc la diminution du nombre de jours par an est une preuve claire du ralentissement à long terme de la rotation de la Terre.
L'effet des moussons provoque des variations saisonnières de la vitesse de rotation de la Terre, se manifestant généralement par un ralentissement au printemps et une accélération en automne, avec des amplitudes pouvant atteindre 20 à 25 millisecondes. De plus, les mouvements de matière à l'intérieur de la Terre, les mouvements des plaques à sa surface, la fonte et le déplacement des glaciers, ainsi que même les impacts d'astéroïdes, entraînent des variations irrégulières et complexes de la vitesse de rotation de la Terre. C'est précisément en raison de la rotation inégale de la Terre que la longueur du « second » dépendant de la rotation de la Terre variera également de manière irrégulière, ce qui pose des problèmes pour les travaux nécessitant une précision extrême. Pour cette raison, le XIIIe Congrès international de métrologie, tenu en 1967, a décidé de définir la longueur d'une seconde comme étant égale à 919 236 177 fois l'oscillation électromagnétique d'un atome de césium. Comme l'oscillation atomique est beaucoup plus stable que la rotation de la Terre, la seconde ainsi définie est extrêmement précise. Le système de mesure du temps basé sur cette définition du second est appelé le Temps atomique international.
La définition du second atomique vise à être aussi compatible que possible avec le second défini par la rotation de la Terre, avec lequel nous sommes familiers dans notre vie quotidienne. Cependant, ces deux systèmes de temps reposent sur des processus physiques complètement différents et ne peuvent donc pas être totalement identiques. Selon la définition actuelle, même si la rotation de la Terre restait strictement constante, le Temps atomique international serait environ une seconde plus rapide que le Temps solaire moyen au cours d'une année. Cela signifie que si nous utilisions uniquement le Temps atomique international dans notre vie quotidienne, après des dizaines de milliers d'années d'accumulation d'erreurs, nous pourrions nous retrouver avec le soleil se levant à midi. Pour résoudre ce problème, l'Union astronomique internationale et le Comité consultatif international de radio ont proposé un système appelé « Temps universel coordonné », qui utilise la seconde atomique comme référence et permet une marche uniforme du temps selon le système atomique, mais exige que, selon les besoins, une seconde supplémentaire soit ajoutée le 30 juin ou le 31 décembre, après 23 h 59 min 59 s du Temps universel coordonné, puis seulement à 0 h 00 min 00 s du lendemain, afin de compenser l'écart entre le Temps universel coordonné et le Temps atomique, appelé seconde intercalaire. Étant donné que la vitesse de rotation de la Terre varie de manière irrégulière, le moment exact où une seconde intercalaire est nécessaire doit être déterminé en fonction des observations réelles de la rotation de la Terre.