La Tierra realiza una vuelta alrededor de su eje de rotación en un tiempo de 23 horas, 56 minutos y 4 segundos, que es su período de rotación (ver la rotación y la traslación de la Tierra). Este período lo podemos comprobar de una manera sencilla: observamos a qué hora vemos una estrella en una determinada posición en el cielo, por ejemplo, cuando pasa por el meridiano del lugar (el meridiano celeste que pasa por el cenit). A la noche siguiente, volvemos a mirar la misma estrella cuando pasa por la misma posición, y observaremos que han pasado 23 horas, 56 minutos y 4 segundos.

Pero no ocurre lo mismo si lo hacemos con el Sol. Si miramos el tiempo que tarda el Sol en estar en la misma posición en dos días consecutivos, por ejemplo, cuando pasa por el meridiano del lugar, que será cuando esté más alto en el cielo (al mediodía), veremos que habrán pasado 24 horas, casi 4 minutos más (3 minutos y 56 segundos) que lo que tarda una estrella en pasar dos veces consecutivas por la misma posición.

Supongamos que pudiésemos ver las estrellas de día. Imaginemos que, en un día cualquiera, a las 12 del mediodía (12:00:00) y mirando al sur, tenemos una estrella y el Sol en el meridiano del lugar. Al día siguiente veremos que, a las 11:56:04, la estrella volverá a estar en el sur, en el meridiano del lugar, pero no el Sol; éste tardará 3 minutos y 56 segundos más (en total 24 horas), para volver a pasar por el meridiano del lugar, es decir, serán las 12:00:00.

El tiempo que tarda una estrella en pasar dos veces consecutivas por el meridiano del lugar (u otra posición en concreto), se llama día sideral o día sidéreo, y coincide con el período de rotación de la Tierra (23h 56m 04s); el tiempo que tarda el Sol en pasar dos veces consecutivas por el meridiano del lugar (u otra posición en concreto), se llama día solar, y tiene una duración de 24 horas, casi 4 minutos más que el día sideral.

Este desfase es debido a la la traslación de la Tierra. Una estrella, cualquiera, está tan inmensamente lejos que, el movimiento de traslación de la Tierra no afecta a su posición, podemos considerarla como una referencia fija; pero no ocurre lo mismo con el Sol. En un día sideral, la Tierra habrá dado una vuelta completa alrededor de su eje, pero también se habrá movido en su órbita alrededor del Sol (unos 2 millones y medio de kilómetros). En este tiempo, una estrella pasará dos veces por la misma posición, pero el Sol, y debido a este desplazamiento de la traslación terrestre, tendrá un desfase que hará que tarde 4 minutos más en pasar dos veces por el mismo lugar.

De todas maneras, ni el día sideral es de 23h 56m 04s ni el solar de 24 horas. En ambos casos se trata de días medios (día sideral medio y día solar medio). La Tierra no gira alrededor del Sol a la misma velocidad en toda su órbita, a medida que se acerca al perihelio va más deprisa y a medida que se acerca al afelio va más lenta (ver los movimientos de los planetas y la rotación y la traslación de la Tierra). Es decir, tanto el día solar como el día sideral van cambiado a lo largo del año y lo que se toma es el día sideral medio (23h 56m 04s) y el día solar medio (24 horas).