科学家还发现地球自转有不规则变化，体现在时快时慢。这些变化有时平缓，可能也与地核、与地幔之间的角动量交换有关。不过有时这种变化却是突变，如在美国华盛顿和里士满两个地方，曾测得地球转速在1957年、1961年和1965年都有明显突变。到现在还没有令人满意的答案来解释这个问题。
地球自转产生了昼夜更替，昼夜更替使地球表面的温度不至于太高或太低，适合人类的生存。
地球围绕太阳进行的公转
我们从北极上空可以看到，地球在围绕太阳做逆时针公转。地球公转的路线是近正圆的椭圆轨道，叫做公转轨道，太阳位于椭圆的两焦点之一。
每年的1月3日，地球运行到离太阳最近的位置，这个位置称为近日点；而每年的7月4日，地球又会运行到距离太阳最远的位置，这个位置被称为远日点。
地球公转的方向是自西向东，与自转方向一致，运动的轨道长度是9.4亿千米，公转一周所需的时间为一年，约365.25天。地球公转的平均角速度约为每日1度，平均线速度每秒钟约为30千米。在近日点时，地球公转速度较快，在远日点时较慢。
地球自转的平面叫赤道平面，地球公转轨道所在的平面叫做黄道平面。两个面的交角称为黄赤交角，地轴垂直于赤道平面，与黄道平面交角为66°34"，或者说赤道平面与黄道平面间的黄赤交角为23°26"，这样看来，地球是倾斜着围绕太阳公转的。
延伸阅读——地球的昼夜
昼夜是指白天与黑夜的合称。昼夜交替是地球在太阳光的照射下，因自转运动而形成的一种自然现象。
地球自转一周为一昼夜，叫做“太阳日”。当地球自转时，面向太阳的地面称为“昼”，背向太阳的地面称为“夜”。昼夜就是这样形成的。春分以后，日照北半球逐渐变多，因此北半球夜短昼长，南半球则正好相反；秋分以后，日照南半球逐渐变多，所以北半球昼短夜长，南半球仍正好与之相反。
值得注意的是，昼夜现象与地球自转和公转之间并没有直接关系，如果地球既不自转也不公转，而是停留在了公转轨道的某一点，那么它面向太阳的一面是白昼，另一面是黑夜，昼夜现象仍然会发生。
不过，因为我们生活的地球是以半个球面向着太阳，另外半个球面背向太阳，待在向着太阳的半个球面的人就是处在白天，而待在背向太阳的半个球面上的人则处在黑夜。也就造地球由于不停地自转，所以每个地方都有了白天和黑夜的交替。
地球的四季更迭
太阳的回归运动由于黄赤交角的存在而产生，因此地球上产生了昼夜长短的和正午太阳高度的季节变化，地球上的四季由此产生了。
地球上的四季首先表现为一种天文现象，它的周期性不仅是温度变化，而且还是昼夜长短和太阳高度的变化。当然，温度的变化由昼夜长短和正午太阳高度的改变所决定。对于全球来说，四季的递变并不统一，当北半球是炎热的夏季时，南半球正是寒冷的冬季；而当北半球由暖变冷时，南半球正在由冷变热。
地球四季的递变
一年四季严格地说只是南北半球中纬度地带的现象，对全球来说，只能笼统地说季节变化。现在就昼夜长短和太阳高度在不同季节的周期性变化规律来分析一下。
从春分经夏至到秋分，北半球处于夏半年，南半球处于冬半年。在这段时间内，北半球昼长夜短，南半球昼短夜长；北极处于极昼，南极处于极夜；北回归线以北的太阳高度始终比平均值大，南回归线以南则比平均值小。北回归线以北，太阳于东北方的地平圈上升起，在西北方的地平圈上降落。二分日全球各地太阳均于正东方升起，在正西方降落。
从秋分经冬至到春分，北半球处于冬半年，南半球处于夏半年。在这段时间内，南北半球的昼夜长短、极昼极夜和太阳高度，都同上述具有相反的情况。北回归线以北太阳于东南方的地平圈上升起，在西南方的地平圈上降落。
从夏至经秋分到冬至，北半球由夏半年变为冬半年，南半球由冬半年变为夏半年。在这段时间内，北半球昼渐短，夜渐长，极昼带逐渐缩小；南半球昼渐长，夜渐短，极夜带逐渐缩小。北回归线以北太阳高度不断在减小，南回归线以南则一直在增大。北回归线以北太阳升起方向由东北变为东南，降落方向由西北变为西南。秋分日升起于正东，降落于正西。
从冬至经春分到夏至，北半球由冬半年变为夏半年，南半球由夏半年变为冬半年。南北半球的昼夜长短、极昼极夜和太阳高度的变化同上面所说情况相反。北回归线以北太阳由东南变为东北作为升起的方向，由西南变为西北作为降落方向。
从冬至到春分和从夏至到秋分，全球各地昼长都接近12小时的平均值，极昼、极夜范围慢慢变小。北回归线以北和南回归线以南的太阳高度都逐渐接近平均值。北回归线以北，太阳升起方向逐渐向正东接近，降落方向于正西接近。
从春分到夏至和从秋分到冬至，全球各地昼夜长短都在向极值变化，极昼、极夜的范围渐渐变大。北回归线以北和南回归线以南的太阳高度也趋向极值。北回归线以北太阳升落方向，分别向东北、东南和西北、西南移动。
四季是怎样划分的
根据昼夜长短和太阳高度变化来划分四季。在四季划分时，依据太阳在黄道上的视位置，以二分日、二至日或以四立日作为界限。
但是，东西方各国在划分四季时所采用的是不完全相同的界限点。我国传统的四季划分方法非常着重四季的天文意义，是24节气中的四立作为四季的始点，以二分和二至作为中点的，如春季立春为始点，太阳黄经为315°，春分为中点，立夏为终点，太阳黄经变为45°，太阳在黄道上运行了90°。
四季划分在西方更被强调气候意义，起始点是从二分二至日作为四季开始的，如春分作为春季的起始点，夏至作为终止点。这种四季比我国划分的四季分别推迟了一个半月。
我国的以四立为划分四季界限从天文意义上讲更为科学。但无论是西方具有气候意义的四季划分，还是我国具有天文意义的四季划分，都是天文上的划分方法，因为二分、二至和四立在天文上都有确切的含义，全年都被分成大体相等的4个季节，每个季节有3个月，太阳在黄道上运行90°。天文四季就是通过这种方法划分的季节。
小知识——二十四节气总览（按公元月日计算）
春季：
2月3～5日：立春，黄经315度；
2月18～20日：雨水，黄经330度；
3月5～7日：惊蛰，黄经345度；
3月20～22日：春分，黄经 0度；
4月4～6日：清明，黄经15度；
4月19～21日：谷雨，黄经30度。
夏季：
5月5～7日：立夏，黄经45度；
5月20～22日：小满，黄经60度；
6月5～7日：芒种，黄经75度；
6月21～22日：夏至，黄经90度；
7月6～8日：小暑，黄经105度；
7月22～24日：大暑，黄经120度。
秋季：
8月7～9日：立秋，黄经135度；
8月22～24日：处暑，黄经150度；
9月7～9日：白露，黄经165度；
9月22～24日：秋分，黄经180度；
10月8～9日：寒露，黄经195度；
10月23～24日：霜降，黄经210度。
冬季：
11月7～8日：立冬，黄经225度；
11月22～23日：小雪，黄经240度；
12月6～8日：大雪，黄经255度；
12月21～23日：冬至，黄经270度；
1月5～7日：小寒，黄经285度；
1月20～21日：大寒，黄经300度。
地球的磁性逆转现象
众所周知，在地球上任何地方放一个小磁针，让其自由旋转，当其静止时，磁针的N极总是指向地理北极。这是由于地球周围存在着磁场，称为地磁场。地磁场有大小和方向，所以是矢量场。地磁场分布广泛，从地核到空间磁层边缘处处存在。
然而美国科学家发现，地球内部的地核正在发生着细微的变化。受这种变化的影响，地球的磁场也在变化。科学家们担心地指出，这些变化将给卫星等航天器带来巨大危险。该发现竟然与待考证的神秘的2012预言惊人的相似。2012预言，在2012前夕，地球磁极会发声逆转，巨大的气候变化将导致绝大多数地球上生物无法适应，甚至可能灭绝。不过，该预言还未得到科学家们的最终确认。
地球磁场是怎么回事
地球的磁场根据起源可分为内源场和外源场。内源场是指起源于地球内部的磁场，约占地球总磁场的95%。地球的液态外核是内源场的主要来源。外核是熔融的金属铁和镍，它们是电流的良导体。强大的电流在地球旋转时产生，这些电流产生地球磁场。
地磁场总体来说像个沿地球旋转轴放置在地心的磁铁棒产生的磁场，它的内源场的主要部分是地磁场的主要特征，称为偶极子场，占总地磁场的80%～85%。
在内源场中还有5个大尺度的被称为磁异常的非偶极子场，主要来源于地壳岩石，它们分别为南大西洋磁异常、欧亚大陆磁异常、北非磁异常、大洋洲磁异常和北美磁异常。
与此相反，外源场为起源于地球外的磁场，主要由太阳产生，它占了地球磁场的5%。
地磁场会随时间变化，内源场引起的变化称为长期变化，有磁场倒转和地磁场向西飘移。每5000～5万年地磁场就会倒转一次。人们用正常磁场来表示和现在磁场方向相同的磁场；以倒转磁场表示与现在磁场方向相反的磁场。
地质时期上曾经出现过4个较大的倒转期，布容正向期为现在的时期，以前还有松山反向期、高斯正向期和吉尔伯特反向期。短期变化是因为固体地球外部的各种电流体系引起的地磁场变化快，时间短而得名。而平静变化和扰动变化是短期变化的两种形式，平静变化包括太阳静日变化和太阴日变化；扰动变化包括磁暴、亚暴、钩扰、湾扰和地磁脉动。磁暴、钩扰、湾扰的发生都与太阳活动有关。这些短期变化在太阳活动高年会频繁发生，而且有巨大的强度和剧烈的变化。
粒子流能够被地磁场反射，地磁场把我们的地球包围起来以使我们免受高速太阳风的辐射和伤害，相当于一个无形的屏障来保护我们的生存。到现在为止，人们利用地磁场导航已有400多年的历史了，现在发现很多动物都是利用地球磁场来进行导航的，比如鸽子、蝙蝠和乌龟等。
地球磁场的逆转原因
根据地磁场起源理论，地磁场磁极发生逆转的原因是地核自转角速度发生变化。
我们现在知道，地壳和地核的自转速度是不同步的，现阶段地核的自转速度要大于地壳的自转速度。然而在40亿年前地球表面呈熔融状态，月球也刚刚被俘获，地球从里到外的自转速度都是一致的，地球表面也就不存在磁场。
不过，地球的自转角速度会随着地球向月球传输角动量变得越来越小。与此同时，地球也逐渐形成了三层结构：地壳、地幔和地核。地壳首先反映地球自转角动量的变化，出现了地壳自转速度小于地核自转速度的情形。这时，磁场的存在在地球的表面上第一次可以被感受到，地核以大于地壳的自转速度形成了地磁场。根据左手定则，磁场的N极是在地理的南极附近，磁场的S极是在地理的北极附近。
然而地壳与地核自转的角速度不同步，这种情形并不能持续，地核也必然向地壳传输角动量（通过地幔软流层物质），其结果就是地核的自转角速度逐渐变慢，地壳的自转角速度逐渐变快。随着地壳与地核的自转角速度此增彼减，最终达到一致，这时，地球磁场就会在地球表面消失。不过，地核与地壳间的角动量传输并不会因此而终止，地壳的自转角速度在惯性的作用下还会继续增大，而地核的自转角速度则会继续减小，于是就出现了地核自转角速度小于地壳自转角速度的情形。这时，在地球表面就会感受到来自地核逆地球自转方向的旋转质量场效应。新形成的地磁场的S极可以根据左手定则进行判断是在地理的南极附近，N极而则在地理北极附近。
整个地球的自转速度从较长的时期来看都是处于减速状态，不过地壳与地核间的相对速度的变化却是呈周期性的，这就是为什么每隔一段时间地球磁场就要进行一次逆转。
据测定，地球磁场发生逆转前预兆会非常明显，地球的磁场强度逐渐减弱到零；而磁场强度约需1万年左右才能逐渐恢复。但是，磁场方向却完全翻转过来了。地球磁场强度目前就存在逐渐减弱的趋势，北美洲的磁场强度在过去的4000年里已经减弱了一半，这说明地核相对地壳的速度差也正在缩小。
值得注意的是，地球表面测得的地磁场方向无论如何变化，在太空中地磁场的方向却始终不变。原因在于在太空中测得的地球磁场的旋转质量场效应来自于整个地球的自转，并不会随着地壳与地核相对速度的改变而改变。根据左手定则我们会发现，在太空中测得的地磁场的N方向，一直都处于地理南极的上空。
通电导体在电磁感应效应中产生的磁场强度与电流强度成正比，也就是和导体内“定向移动”的自由电子数目成正比。而每个电子又有着恒定的自旋角动量，所以实际上磁场强度是与所有电子的自旋角动量之和成正比的。同样的，宏观物体产生的磁场强度，也应与旋转质量场的角动量成正比（也就是和物体的质量和自旋角速度成正比），与质量场的旋转半径（观测点到物体质心的距离）成反比。表述为公式就是：
