Nous imaginons que les étoiles du ciel sont réparties sur une sphère, appelée la sphère céleste. L'axe de rotation de la Terre croise la sphère céleste en deux points, l'un correspondant à l'extrémité nord de la Terre, appelé le pôle nord céleste. Près du pôle nord céleste se trouve la constellation de la Grande Ourse, dont l'étoile la plus brillante, Ursa Minor A, est appelée « Étoile du Nord ». Cette étoile est située à moins d'un degré du pôle nord céleste actuel, devenant ainsi un repère naturel pour indiquer le nord. Bien que la constellation de la Grande Ourse soit relativement stable, l'axe de rotation de la Terre ne pointe pas toujours dans la même direction dans l'espace. En effet, la Terre n'est pas une sphère parfaite ; sa partie équatoriale est légèrement plus proéminente, tandis que ses pôles sont légèrement aplatis. De plus, l'axe de rotation de la Terre forme un angle de 66,5° environ avec le plan de l'orbite terrestre (le plan de l'écliptique), et la gravité du Soleil sur la Terre s'exerce le long de cet plan, avec un angle d'environ 23,5° par rapport à l'équateur terrestre. La Lune exerce également une force gravitationnelle dans cette direction. Cela crée une force qui tend à ramener la partie équatoriale proéminente de la Terre vers l'écliptique. Ce mouvement de l'axe de rotation de la Terre est appelé la précession des équinoxes.
La précession de l'axe terrestre entraîne le mouvement du pôle nord céleste autour du pôle nord céleste, appelé le pôle céleste nord. Au fil du temps, le pôle nord céleste se déplace sur la sphère céleste par rapport aux étoiles, avec une période d'environ 26 000 ans. Le rayon de ce cercle correspond à l'angle entre l'équateur terrestre et l'écliptique, soit environ 23,5°. Par conséquent, le fait que nous voyons aujourd'hui l'étoile Ursa Minor A très proche du pôle nord céleste n'est qu'une coïncidence temporaire. Il y a 4500 à 5000 ans, le pôle nord céleste se trouvait près de l'étoile Vega (dénommée « 右枢 » en Chine ancienne), mais Vega n'était qu'une étoile de quatrième magnitude, ce qui rendait son rôle d'« Étoile du Nord » plutôt difficile. Ainsi, pendant les dynasties Zhou et Qin, nos ancêtres ont utilisé l'étoile 帝星 comme Étoile du Nord, qui était l'étoile Ursa Majoris B, une étoile de deuxième magnitude. Au fil du temps, le pôle nord céleste s'est lentement déplacé vers Ursa Minor A, devenant de plus en plus une véritable « Étoile du Nord ». Cependant, cette tendance ne durera pas éternellement. Vers 2100, le pôle nord céleste atteindra sa distance minimale (environ 28′) par rapport à Ursa Minor A, puis commencera à s'éloigner de cette étoile. Dans 12 000 ans, le pôle nord céleste se déplacera vers Vega, qui deviendra la nouvelle Étoile du Nord. Cette étoile étant très brillante, il sera beaucoup plus facile de la repérer que l'Étoile du Nord actuelle.
Corrélativement au mouvement du pôle nord céleste, la précession de l'axe de rotation de la Terre entraîne également le mouvement de l'équinoxe. Le tracé de l'équateur terrestre vers l'extérieur et sa rencontre avec la sphère céleste s'appelle l'équateur céleste ; le tracé de l'écliptique vers l'extérieur et sa rencontre avec la sphère céleste s'appelle l'écliptique. Les points où l'écliptique et l'équateur céleste se croisent sur la sphère céleste correspondent aux équinoxes. En raison de la précession, les équinoxes se déplacent chaque année d'environ 50″ le long de l'écliptique. En raison du mouvement des équinoxes, le soleil se déplace chaque année à la même heure dans le ciel d'un léger montant. Au fil du temps, on constate que le soleil se déplace à la même heure chaque année par rapport au fond d'étoiles, ce mouvement s'appelant la précession des équinoxes.