地球围绕太阳在椭圆形轨道上旋转，运动速度约为30km/s，每365.25天旋转一周。该椭圆轨道的偏心率很小，实际上几乎是圆形。地球离太阳最近的近日点大约发生在1月4日。在近日点，地球离太阳稍大于147000000km。另一个极端是远日点，大约发生于7月3日。在远日点，地球离太阳约152000000km。这一距离变化有确定关系。
每天，地球都绕其自转轴旋转，它的最大线速度约为0.463km/s（在赤道上），正如毛泽东说的“坐地日行八万里”。如果地球一天仅旋转360°，那么6个月后，我们的时钟会差12h。为保持同步，地球需要每年多转一周。这意味着，24h的一天，地球实际会旋转360.9863°（即360°+360°/365）。
如图1-15所示，地球在它的轨道上扫过的平面称为黄道平面[5]。地球的自转轴对黄道平面倾斜23.45°，这种倾斜产生了四季。在3月21日和9月21日，从太阳中心到地球中心的直线经过赤道，地球上每个地点的白昼和黑夜都是12h，因此这一天被称为分日（昼夜相等）。12月21日是北半球的冬至，这一天北极对太阳的倾斜角达到最大，为23.45°；而6月21日发生的情况则恰恰相反。为方便起见，我们把21日作为至日和分日，尽管实际上逐年的实际日会稍有不同。对于太阳能应用来说，地球轨道的特征被视为不变，但对于较长时间，如数千年的观测，轨道变化极其重要，因为它会对气候产生重大影响。轨道形状（偏心率）以100000年为周期从椭圆形变化为更接近圆形。地球对黄道平面的倾角（倾斜度）以41000年为周期从21.5°到24.5°波动。最后，地球自转轴的岁差周期约为23000年。这一岁差决定地球轨道上何处出现某个半球的夏季。轨道变化会影响太阳照射地球的阳光量，以及阳光的地理分布和季节分布。这些变化被认为会影响冰河时代和间冰期的来临和消退。实际上，仔细分析全球温度的历史记录确实显示了100000年的冰河期主循环，其中掺杂有与这些轨道变化相匹配的23000年和41000年的次振荡。轨道变化与气候之间的联系是一位名叫米兰科维奇（Milutin Milank-ovitch）的天文学家在20世纪30年代首先提出的。现在人们把这一轨道循环称为米兰科维奇振荡。把人类活动对气候的影响从米兰科维奇振荡这样的自然变化的影响中区分开来是目前气候变化讨论的关键部分。
地球相对太阳的自转周期即平均太阳日是平均太阳时的86400s（86400.0025s）。由于潮汐加速度的影响，现在的地球太阳日比19世纪稍长，每天长0～2ms。地球每天旋转361°（考虑围绕太阳的公转）。
地球对固定恒星的自转周期被地球自转及参照系国际服务组织（International Earth Rotation and Reference System Service，IERS）称为一个Stellar Day（恒星日），是平均太阳时（UT1）86164.098903691s，即23h 56min 4.098903691s。地球在平均岁差进动春分日的自转周期也被误称为Sidereal Day（恒星日）[3]，为平均太阳时（UT1）86164.09053083288s（23h 56min 4.09053083288s）。因此Sidereal Day比Stellar Day大约短8.4ms。IERS给出了1623～2005年和1926～2005年期间以秒为单位的平均太阳日长度。(www.xing528.com)
图1-15 太阳与地球的关系。（摘引自G.M.Masters，可再生高效电力系统， John Wiley＆Sons，Inc.，Hoboken，NJ，2004.获许）
除大气层和低轨道卫星的大气现象之外，地球天空中天体的主要表观运动是向西运动，速度为15°/h，即15′/min。对于天球赤道附近的天体，它每2min的运动距离等效于太阳或月球的视直径；从地球表面看，太阳和月球的视在尺寸大致相同。
地球环绕太阳旋转的平均距离约为150000000km，旋转一周的时间为365.2564平均太阳日，或一个恒星年（sidereal year）。从地球上看，太阳相对于各星体的这一视在运动是向西的，速度约为1°/d（360°/365d），或每12h一个太阳或月球直径。由于这一运动，地球要用24h（一个太阳日）绕轴自转完整一周才能使太阳返回它的起始子午线。地球的轨道速度约为29.8km/s（107000km/h），这一速度可以在7min覆盖地球直径（约12600km），在4h覆盖与月球的距离（约384000km）。
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