지구의 자전 주기는 하루입니다. 현재 정확한 값은 23시간 56분 4초이며, 일상생활에서는 평일을 기준으로 하여 24시간으로 계산합니다. 이에 비해 지구가 태양을 한 바퀴 도는 데는 현재 365일이 걸리며, 이에 따라 우리의 현재 달력은 1년을 365일로 정의하며, 윤년의 경우 1일을 추가합니다. 그러나, 지구의 자전 속도는 불안정하며, 오랜 기간 동안 점차 더 천천히 회전하고 있습니다. 1920년대에는 지구의 자전 속도가 점차 천천히 되는 것과 계절의 변화가 발견되었습니다.
달의 潮汐 운동이 지구의 자전 속도에 가장 큰 영향을 미칩니다. 태양과 달의 중력이 지구의 潮汐 운동은 지구의 자전 속도를 점차 더 천천히 하게 만들었고, 1세기에서 1.6밀리초를 추가하여 점차 일의 수를 줄여왔습니다. 그러나, 고대에는 그 반대였습니다. 지질학적 연구에 의하면, 5억 7천만 년 전의 캄브리아기에는 지구의 하루가 20.47시간이었고, 1년은 428일이었습니다. 3억 7천만 년 전의 데วו니안 중기에는 하루가 22시간이었고, 1년은 398일이었습니다. 지구의 공전 주기는 상당히 안정적이기 때문에, 지구의 자전이 점차 천천히 되는 것은 1년의 일 수를 줄인 명백한 증거입니다.
계절의 변화는 지구의 자전에 영향을 미치며, 일반적으로 봄에는 더 천천히, 가을에는 더 빠르게 변합니다. 변화의 정도는 20~25밀리초에 이릅니다. 또한, 지구 내부의 물질 운동, 표면 판의 운동, 빙하의 용수, 그리고 운석의 충돌 등도 지구의 자전 속도에 복잡한 변화를 가져올 수 있습니다. 지구의 불안정한 자전 때문에, 이에 의존하는 '1초'의 길이도 불규칙하게 변하고 있고, 이는 매우 정확한 시간이 필요한 작업에 문제를 일으키고 있습니다. 따라서, 1967년 열차 국제 미터 회의에서 1초를 특정 세슘 원자가 발산하는 전자기적 방사선의 진동 주기의 919,236,170배로 정의했습니다. 원자 진동의 안정성은 지구의 자전보다 훨씬 더 높아서, 이렇게 정의된 1초는 매우 정확합니다. 이를 기반으로 한 시간 계량 시스템은 국제 원자 시간이라고 불립니다.
원자 시간의 1초 정의는 지구의 자전에 의해 정의된 기존 1초와 가능한 한 일치하도록 하였습니다. 그러나, 두 시간 체계는 서로 다른 물리적 과정에 의존하기 때문에 절대적으로 일치할 수는 없습니다. 현재 표준 정의에 따르면, 지구의 자전이 정확히 같은 속도로 이루어지더라도, 1년 동안 국제 원자 시간은 평일보다 거의 1초 더 빠르게 됩니다. 이는 우리가 일상생활에서 국제 원자 시간을 사용하면, 수만 년 동안 오류가 쌓여, 결국 정오에 해가 떠오르는 상황에 직면할 수 있다는 것을 의미합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 국제 천문학 연합과 국제 무선 자문위원회는 '협정 세계 시간'이라는 시스템을 제안했습니다. 원자 시간의 1초를 기준으로 하여, 원자 시간 시스템에 따라 시간을 일관되게 진행하지만, 필요에 따라 6월 30일이나 그 후 12월 31일에 1초를 추가하도록 하였습니다. 이때는 원자 시간 후 23시 59분 59초에 60초를 추가하여, 그 후 다음 날 0시 0분 0초로 이동하며, 세계 시간이 원자 시간 뒤에 滞後하는 것을 보완합니다. 지구의 자전 변화가 불규칙하기 때문에, 언제 闰초가 필요한지 여부는 지구 자전의 실제 관찰 결과에 따라 결정되어야 합니다.