地球自转周期是一個恒星日，其目前準確值為 23 小時 56 分 4 秒，而日常生活中使用的是平太阳日，即 24 小時。相對而言，地球绕太阳公转一周大約需要 365 個平太阳日，因此我們現行的历法將一年定為 365 天，在闰年時增加一天。然而，地球的自转速度並不均勻，且還存在長期變慢的趋势。20 世紀 20 年代，地球自转速度的長期減慢和季節性變化相继被發現。
月球的潮汐作用對地球自转速度影響最大。太陽和月亮對地球的潮汐作用是導致地球自转速度變慢的主要因素，它使一個平太阳日的長度在一個世紀內增加 1.6 毫秒，長期累積下來，就會導致一年的天數逐漸減少。而在遠古時代，情况正好相反。地質研究表明，5.7 億年前的寒武紀，地球一天只有 20.47 小時，一年 428 天； 3.7 億年前的泥盆紀中期，一天 22 小時，一年 398 天。地球公转的周期相對穩定，因此一年的天數變少，是地球自轉長期變慢的明確证据。
季風的作用引起地球自轉的季節性變化，一般表现為春天变慢、秋天变快，變化幅度可達 20～25 毫秒。此外，地球内部的物质運動、地表板块運動、冰川融化和位移，甚至隕石撞击等，都会造成地球自轉速度複雜的不規則變化。正是由于地球的自轉不均勻，使得依赖于此的“1 秒”的長度也会發生不規則的變化，这给需要极其准确时间的工作带来了麻烦。為此，1967 年召开的第十三届国际计量大会决定把 1 秒的长度改为一种特定的铯原子所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的自转，因此这样定义的秒長精度极高，以此為基準的时间測量系統，被稱為國際原子時。
原子時秒長的定義，是為了尽可能與日常生活所熟悉的由地球自轉定義的秒長一致。然而，這兩個時間系統毕竟依赖于完全不同的物理過程，因此不可能绝对一致。按目前的標準定義，即使地球自轉严格保持不變，一年之內國際原子時也会比平太阳時快將近 1 秒。这意味着，若日常生活中完全采用國際原子時，那么错误累積几万年后，可能會面對在中午時分迎來日出的尴尬情况。為了解决這個問題，國際天文聯合會和國際無線電協商委員會提出了“一個協調世界時”的系統，采用原子時的 1 秒作為基準，使其按照原子時系統均勻走時，但在時間測量上，要求根據实际需要，決定是否在 6 月 30 日或 12 月 31 日增加 1 秒，即在協調世界時 23 點 59 分 59 秒之後插入一個 60 秒，然後才是次日的 0 點 0 分 0 秒，以此補偿世界時落後于原子時的差距，稱為闰秒。由于地球自轉速度变化很不規律，因此具体在什麼時候需要闰秒，必須根據對地球自轉的实际观察结果确定。