地球并非静止地悬在空中，而是一刻不停地在运动。它的运动可以划分为两种：一是自身的旋转，叫自转；另一种是绕着太阳转，叫公转。地球绕太阳一周需要365天，而地球自转需一天即24小时。这样就会造成在地球上总有一面向着太阳而另一面背着太阳。向着太阳的一面是白天，背着太阳的一面则是黑夜。
1543年，哥白尼在《天体运行论》一书中首先完整地提出了地球自转和公转的概念。此后，大量的观测和实验都证明了地球自西向东自转，同时围绕太阳公转。1851年，法国物理学家傅科在巴黎成功地进行了一次著名的实验“傅科摆试验”，证明地球的自转。
地球自转一周为一昼夜，谓之“太阳日”。当地球自转时，面向太阳之地面为“昼”，背向太阳之地面则为“夜”。昼夜的形成即由此而来。春分以后，日照北半球渐多，因此北半球夜短昼长，南半球则相反；秋分以后，日照南半球渐多，所以北半球昼短夜长，南半球仍相反。