地球的运动形态多种多样，其中自转速度的变化是一个重要方面。科学家们已揭示了三种主要的自转速度变化模式：长期减慢、不规则变化和周期性波动。
长期减慢的现象，使得地球自转的周期每过一个世纪大约延长1～2毫秒。这个微小的变化累积起来，两千年来已使基于地球自转周期的时间慢了超过两个小时。这种现象得到了月球、太阳和行星观测数据，以及古代日月食记录的佐证。通过古珊瑚化石的研究，人们发现3亿7千万年前的泥盆纪中期，每年的天数约为400天，与天文学家推算的地球自转长期减慢的幅度相吻合。这种减慢主要归因于潮汐摩擦，它导致地球角动量减少，月球与地球距离拉大，从而延长了月球绕地球的公转周期。这种摩擦主要在浅海区域发挥作用，此外，地球半径的变动、地核的增生以及地核与地幔的耦合也可能是影响因素。
除了长期的减慢，地球自转速度还存在不规则的波动。这种波动表现为时快时慢，且在不同的时间尺度上表现各异。观测资料和天文测量都能揭示这些变化，分为长期相对稳定的变化（几十年或更长时间）、中短期变化（几年到十年）和快速剧烈变化（几星期到几个月）。目前，这些不规则变化的具体机制尚未明确，可能涉及到地幔和地核的角动量交换、海平面和冰川的变化，以及风力等因素的影响。
地球不停地绕自转轴自西向东自转，各种天体东升西落的现象就是地球自转的反映。地球自转是最早用来作为计量时间的基准（见时间及其计量），这就形成了通常所用的时间单位——日。二十世纪以来，天文学的一项重要发现，是确认地球自转速度是不均匀的，从而动摇了以地球自转作为计量时间的传统观念，出现了历书时和原子时。