地球繞自轉軸的旋轉稱為「地球自轉」。自轉軸比較穩定地指向北天極，自轉一周約23小時56分，稱為一個恆星日。由於潮汐摩擦，地球在100年內自轉大約減慢2毫秒。地球自轉方向自西向東，從北極上空看是逆時針旋轉的。天體的東升西落和地球的晝夜更替現象就是這種自轉產生的結果。
地球在軌道上繞太陽的運動叫做公轉，公轉的方向自西向東。地球的軌道是一個接近圓形的橢圓，太陽位於橢圓的焦點上。每年的1月初，地球運行到離太陽最近的一個點，稱為「近日點」，在這個點上地球距離太陽1.47億千米，在近日點地球運行會快一些。7月初，地球運行到離太陽最遠的一個點，稱為「遠日點」，地球距離太陽1.52億千米，在遠日點地球運行會慢一些。地球繞太陽公轉一周為1年，約365.25天。地球自轉平面是赤道平面，公轉軌道面為黃道面，兩者構成一個23度27分的「黃赤交角」，相交的兩個點為春分點和秋分點。地球自轉軸垂直於赤道平面，與黃道面形成66度33分的交角，所以地球是歪著身子圍繞太陽公轉。
由於地球是歪著身子在黃道面上運行，在一年中不同的時間，南半球和北半球受到的陽光照射也不相等，陽光照射最多的半球是夏季，陽光照射最少的半球是冬季，其它是春秋二季。春秋二季是過渡季節，這時陽光直射赤道附近的區域，南北兩個半球陽光照射情況相當。每年3月21日左右，當陽光直射點從赤道以南移向赤道以北時，就為春分季節，北半球是溫暖的春天，晝夜相等，南半球則是秋天。陽光直射點繼續北移，北半球越來越熱，白晝時間延長，夜晚時間縮短，而南半球情況正好相反。每年6月22日左右，當陽光直射北緯23度27分的北回歸線上時，就為夏至，北半球是夏天，白晝最長，而南半球卻是嚴冬，夜晚最長。
夏至以後，陽光直射點又轉向南移，北半球白晝變短夜晚變長，南半球反之；每年9月23日左右，當陽光直射南移到赤道時，就為秋分，北半球進入秋天，南半球則是春天，晝夜相等。秋分之後，陽光直射南半球，並且繼續南移，北半球白晝縮短夜晚延長，南半球相反。每年12月22日左右，陽光直射南緯23度27分的南回歸線，就為冬至，這是南半球是炎熱的夏季，晝長夜短；北半球是寒冷的冬季，晝短夜長。冬至以後，陽光直射點又轉向北移，直到又北移至赤道時，就完成了一個周期，這就是一年春夏秋冬四季的成因。
二十四節氣是我國曆法特有的內容。我國的農曆是陰陽合曆，既用月亮的圓缺變化周期作為計算單位，又用地球公轉一周來計量年，為了充分反映季節和氣候變化情況，古代天文學家早在西周及春秋時代用「土圭」測太陽影子確定了春分、夏至、秋分、冬至，並根據一年內太陽在黃道上的位置變化和引起的氣候變化，將全年分為二十四等份，每個等份一個名字，這就是二十四節氣，分別為：立春、雨水、驚蟄、春分、清明、穀雨、立夏、小滿、芒種、夏至、小暑、大暑、立秋、處暑、白露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒。這二十四個節氣分列在12個月裡，兩個節氣間隔約為半個月。太陽沿著黃道運行一圈為360度，每15度對應二十四節氣中的一個。這就是我國二十四節氣的由來。