Il periodo di rotazione della Terra è un giorno siderale, il cui valore attuale è di 23 ore, 56 minuti e 4 secondi. Tuttavia, nella vita quotidiana, utilizziamo il giorno solare, che dura 24 ore. Di conseguenza, attualmente la Terra impiega circa 365 giorni solari per orbitare attorno al Sole, e quindi il nostro calendario attuale definisce un anno come 365 giorni. Negli anni bisestili, invece, viene aggiunto un giorno. Tuttavia, la velocità di rotazione della Terra non è uniforme e mostra una tendenza a rallentare nel lungo periodo. Negli anni '20, fu scoperto sia il rallentamento a lungo termine della rotazione terrestre, sia le variazioni stagionali di questo rallentamento.
Le maree lunari hanno il maggiore impatto sulla velocità di rotazione della Terra. L'attrazione gravitazionale del Sole e della Luna è il principale fattore che rallenta la rotazione terrestre, facendo aumentare la durata di un giorno siderale di 1,6 millisecondi in un secolo. A lungo andare, questo porterà a una graduale riduzione del numero di giorni nell'anno. Tuttavia, in passato, la situazione era esattamente l'opposto. La ricerca geologica ha dimostrato che 570 milioni di anni fa, durante il Cambriano, un giorno terrestre durava solo 20,47 ore e un anno 428 giorni; mentre 370 milioni di anni fa, durante il Devoniano medio, un giorno durava 22 ore e un anno 398 giorni. Poiché il periodo di orbita della Terra attorno al Sole è relativamente stabile, la diminuzione del numero di giorni nell'anno è una chiara prova del rallentamento a lungo termine della rotazione terrestre.
Il ruolo dei monsoni causa variazioni stagionali della rotazione terrestre, con un rallentamento in primavera e un'accelerazione in autunno, che possono raggiungere i 20-25 millisecondi. Inoltre, i movimenti delle sostanze all'interno della Terra, i movimenti delle placche superficiali, lo scioglimento e lo spostamento dei ghiacciai, e persino gli impatti degli asteroidi, possono causare complesse variazazioni irregolari della velocità di rotazione della Terra. A causa dell'irregolarità della rotazione terrestre, anche la lunghezza del "secondo" definito in base alla rotazione della Terra subisce variazioni irregolari, il che rende difficile il lavoro che richiede una precisione estrema. Per questo motivo, nel 1967, la 13ª Conferenza Generale di Metrologia ha deciso di definire il secondo come 919.236.170 oscillazioni di un atomo di cesio. Poiché l'oscillazione degli atomi è molto più stabile della rotazione terrestre, la definizione del secondo in questo modo è estremamente precisa. Il sistema di misurazione del tempo basato su questo secondo è noto come Tempo Atomico Internazionale (TAI).
La definizione del secondo TAI è stata concepita per essere il più possibile coerente con il secondo definito dalla rotazione della Terra, con cui siamo tutti familiari nella vita quotidiana. Tuttavia, questi due sistemi di tempo si basano su processi fisici completamente diversi, quindi non possono essere perfettamente allineati. Secondo la definizione attuale, anche se la rotazione terrestre rimanesse costante, il TAI sarebbe circa un secondo più veloce del tempo solare nell'arco di un anno. Ciò significa che, se nel nostro quotidiano utilizzassimo esclusivamente il TAI, dopo decine di migliaia di anni di errori cumulati, potremmo assistere all'alba durante il giorno. Per risolvere questo problema, l'Unione Astronomica Internazionale e il Comitato Consultivo Internazionale per la Radio hanno proposto un sistema denominato "Tempo Universale Coordinato" (UTC), che utilizza il secondo TAI come riferimento e lo fa procedere uniformemente secondo il sistema TAI, ma richiede, in base alle necessità, di aggiungere un secondo il 30 giugno o il 31 dicembre, dopo le 23:59:59 UTC, e poi di ripartire dalle 00:00:00 UTC il giorno successivo, per compensare il ritardo del TAI rispetto al TAI. Poiché la velocità di rotazione della Terra è molto irregolare, il momento esatto in cui sarà necessario aggiungere un secondo deve essere determinato in base ai risultati delle osservazioni della rotazione terrestre.