關於地球自轉軸的方向，由於軸為線，所以可以指向南北極。又因為目前軸線指向的北極附近有北極星坐鎮，因此我們只以北極區域作為標準定義軸線的指向。地球自轉軸的指向會因為軸向歲差而變化，但其變化是緩慢的。目前的指向大約距離北極星約0.75度，隨後將會變化。
地球自轉軸方向我們可以假設它指向與假想天球的邊緣交界之點，這點我們稱為天極。天極點分為北天極和南天極，不過在它們的精確位置處，並沒有太好的參考物，如明亮恆星。
通常我們需要指一個方向都需要一個參照物，這裡我們也需要一個，那就是明亮的恆星。地球自轉軸指向點最為接近的一顆明亮恆星，我們就稱這顆恆星為極星。極星這個名詞通常指的就是北極星（因為南天極附近無明亮恆星可以作為參考物），也就是目前最靠近北極的亮星——勾陳一。
於2010年9月在英國的東安格裡亞長期曝光拍攝的北極星和周圍恆星的照片，北極星是在左上角固定不動的光點。圖：Imperium Europeum
天極
南北天極是天空中兩個虛構的點，我們可以假設將地球的自轉軸線無限的延伸，總會與假想的天球面相交於一點。對於在地球地理上的北極點和南極點的觀測者來說，他們頭頂正上空永遠指向的是北天極和南天極。當地球繞其軸自轉時，兩個天極仍然固定在天空中，並且所有的其他點似乎都會圍繞它們自轉，每天都會完成一個迴路（嚴格地說，是每個恆星日）。
天極也是天體赤道坐標系的極點，這意味著它們的赤緯分別為+90度和-90度（分別對於北天極和南天極）。
天極不會永遠固定在恆星的背景下。由於這種現象的存在，就產生了一個被稱為軸向進動的現象（歲差），兩極點在天球上的運動會畫出一個圓圈，周期大約為25700年。地球的自轉軸也會受到其他複雜運動的影響，這些運動導致天極在不同長度周期中會有略微移動的現象；可以參見章動、極移和轉軸傾角相關知識點。最後，在很長的一段時間內，由於恆星的自身運動（自行），恆星本身的位置也會發生變化。
地球以外的天體也有類似的天極定義。所以類似的概念也適用於其他行星：行星的天極是天空中行星自轉軸的投影與天球相交的點。這些點之所以不同，是因為不同行星的軸取向不同（由於視差效應，恆星的表觀位置也略有變化）。
由於歲差的影響，天球北極在群星間移動的路徑，圖中並標示出年份。圖：Tauolunga
極星
極星一般指的是恆星，優選目標為明亮的恆星，與天體的自轉軸線指向緊密對準或靠得很近。
關於行星地球，極星是指北極星（Alpha Ursae Minoris），是一顆亮度約為2（等）的恆星，目前該恆星大致與地球的北軸對齊，在天文航海（Celestial navigation）中是一顆最佳選擇的恆星。
截至2012年10月，北極星的赤緯為+89°19′8″(J2000時期為+89°15′51.2″)。因此，它總是在天空中以比1度高的精度出現在北方，並且它相對於真實地平線的角度(在折射和其他因素校正之後)等於觀測者的緯度會大於1度。在2100年，北極星將會是最接近天極的恆星，不過之後它將會慢慢得遠離天極（天極是地球的自轉軸（地軸），向天球延伸後，在無窮遠處與天球交會的兩個假想點）。
由於歲差（以及恆星的自行），北極星的「寶座」在遙遠的過去（和遙遠的未來）會從一個恆星傳遞到另一個恆星。在公元前3000年，「北極星的『寶座』」由天龍座中微弱的右樞星來「坐鎮」。其目視星等為3.645（4等恆星），因此它的亮度只有北極星的五分之一，如果是今天，那麼它在被輕度汙染的城市天空中是看不見的。
在公元前1千年，北極二(「Kochab」)是最接近天極的明亮恆星，但是它的距離還不夠近，因此不能作為天極點的標誌，公元前320年的希臘航海家皮西亞斯（Pytheas）把天極描述為沒有恆星。在羅馬帝國時代，北極星和北極二（帝星）與天極之間的距離大致相等。
一個法國的"航海球"：一種在海上航行所使用的天球儀。圖：User Chevassu
歲差大約需要25770年才能完成一個循環（周期）。北極星的平均位置（考慮到進動和自行）將在2102年2月達到+89°32′23的赤緯最大點，這相當於天極的北極移動了1657角秒（或0.4603度）。在2100年3月24日，其最大赤緯（考慮到章動和光行差）將達到+89°32』50.62」，即距天體北極約為1629角秒（或0.4526度）。
接下來的進動（歲差）將北天極指向北天球中仙王座的恆星。到公元3000年，極點將漂移到等距於北極星和少衛增八（「Errai」）之間的空間，大約在公元4200年左右，少衛增八將達到與北天極最接近的位置。天鉤八和上衛增一_(紫微左垣)將在大約公元5200年左右「站在」北天極的兩側。然後在公元7500年左右與更明亮的恆星天鉤五（「Alderamin」）達到更靠近的位置。
然後，進動（歲差）將把北天極的位置指向北天球天鵝座的恆星。公元10000年，天鵝座第一亮星（1等恆星）-天津四將在北極的7度範圍以內，天鵝座的3等恆星-天津二將在公元11500年左右成為一顆極星。歲差將會把北天極的位置指向離天琴座更近的地方，在那裡，北天半球第二亮的恆星（0等恆星）-織女星，將在公元13700年左右成為一顆極星。
歲差的作用最終將北天極指向武仙座中恆星的附近，公元18400年左右它將指向的是恆星七公二。然後天極將返回到天龍座（右樞，上面提到）中的恆星，然後再返回到目前的小熊座。大約在公元27800年，當「目前的北極星」再次成為北極星時，由於它的自轉，北極星將比現在離北天極更遠，而在公元前23600年，北極星的位置是更靠近北極的。
在地球26000年的軸向進動周期的過程中，北天球區域有一系列明亮而肉眼可見的恆星（肉眼能看最暗星等約為+6；滿月約為-12.9），它們將暫時擁有極星這一稱號。雖然其他恆星可能在26000年周期中與北天極靠得很近，但它們並不一定滿足作為對基於地球的觀察者來說北極的有用指示器所需的肉眼極限，這一結果導致了周期中沒有明確定義極星的時間段。在這個周期中，當明亮的恆星僅給出「北」的近似引導時，也會有一些周期，因為它們可能大於直角對準北角的5度角直徑。
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