Земля совершает один оборот вокруг своей оси за 23 часа 56 минут 4 секунды. Однако в повседневной жизни мы используем среднее солнечное время, которое составляет 24 часа. Соответственно, для того чтобы Земля совершила один оборот вокруг Солнца, в настоящее время требуется около 365 средних солнечных дней, поэтому наш современный календарь определяет год как 365 дней, а в високосные годы добавляется ещё один день. Однако скорость вращения Земли не является равномерной, и она имеет тенденцию к замедлению. В 1920-х годах было обнаружено как долгосрочное замедление вращения Земли, так и сезонные изменения этого процесса.
Самое большое влияние на скорость вращения Земли оказывают приливы и отливы, вызванные гравитационным воздействием Солнца и Луны. Гравитационное воздействие Солнца и Луны на приливы и отливы является основным фактором, замедляющим вращение Земли. В результате этого продолжительность среднего солнечного дня увеличивается на 1,6 миллисекунды за столетие, и в долгосрочной перспективе это приводит к сокращению количества дней в году. Однако в древности ситуация была противоположной. Геологические исследования показывают, что 570 миллионов лет назад в Кембрийском периоде сутки на Земле длились 20,47 часов, а в году было 428 дней; в середине девонского периода 370 миллионов лет назад сутки длились 22 часа, а в году было 398 дней. Период обращения Земли вокруг Солнца является более стабильным, поэтому сокращение количества дней в году является явным свидетельством замедления вращения Земли.
С季风的影响导致地球自转的季节性变化，通常表现为春季变慢，秋季变快，变化幅度可达20–25毫秒。此外，地球内部的物质运动、地表板块运动、冰川融化和移动，甚至陨石撞击等，也会导致地球自转速度出现复杂的非线性变化。正是因为地球自转不均匀，依赖于此的“1秒”长度也会出现不规则的变化，这给需要极其精确时间的工作带来了麻烦。因此，1967年召开的第十三届国际计量大会决定将1秒的定义改为铯原子产生的电磁辐射振荡周期的9192361770倍。由于原子振荡的稳定性远远高于地球自转，因此这样定义的秒长精度极高。基于此的计时系统被称为国际原子时。
原子时秒长的定义是为了尽可能与日常生活中熟悉的由地球自转定义的秒长相一致。然而，这两个时间系统毕竟依赖于完全不同的物理过程，因此不可能完全一致。按照目前的标准定义，即使地球自转严格保持不变，国际原子时一年也会比平均太阳时快将近1秒。这意味着，如果在日常生活中完全采用国际原子时，那么经过几万年的累积误差，人们可能会面临在中午迎来日出的尴尬情况。
为了解决这个问题，国际天文学联合会和国际无线电咨询委员会提出了“协调世界时”系统，采用原子时的1秒作为基准，使其按照原子时系统均匀走时，但在时刻的计量上，根据实际需要决定是否在6月30日或12月31日增加1秒，即在协调世界时23时59分59秒之后插入60秒，然后才是次日的0时0分0秒，以此补偿世界时落后于原子时的差距，称为闰秒。由于地球自转速度变化非常不规律，因此具体何时需要闰秒，必须根据对地球自转的实际观测结果确定。