Hồi đầu thế kỷ 19, hầu hết các thành phố lớn tại Hoa Kỳ đều duy trì một đài quan sát, một chức năng chính của chúng là để xác định giờ địa phương. Giờ tại Detroit từng khác với giờ tại Toledo, và thực ra, giờ tại tất cả các thành phố trên khắp đất nước này đã từng không giống nhau. Thói quen sử dụng giờ địa phương riêng của mỗi cộng đồng càng ngày càng rắc rối thêm khi tốc độ liên lạc được cải thiện, sự ra đời của đường sắt tốc độ cao khiến cho điều này không còn chấp nhận được nữa. Việc duy trì các bảng giờ tàu chạy mà phải tính cả tốc độ tàu lẫn giờ địa phương tại mỗi ga là thiếu thực tế, và nhà tài phiệt đường sắt người Canada, Sir Sanford Fleming, đã vận động thành công việc lập ra các múi giờ chuẩn.

Vào năm 1884, quả địa cầu được chia thành 24 kinh tuyến, mỗi kinh tuyến cách nhau khoảng 15° kinh độ, bắt đầu từ kinh tuyến số 0 (kinh tuyến gốc) đi qua London, Anh. Mỗi múi giờ rộng một giờ. Tất cả các khu vực trong một múi có cùng giờ mặt trời, và chậm hơn một giờ so với múi liền kề phía đông của nó. Đường ranh giới giữa các múi giờ không hoàn toàn thẳng, mà thường dựa trên các đặc điểm chính trị và tự nhiên để thuận tiện cho những người sinh sống bên trong. Điều này tức là không thể xác định múi giờ của bạn mà chỉ dựa vào kinh độ (Trung Quốc là ví dụ điển hình về một quốc gia trải dài khoảng 60°, nhưng cả nước lại dùng chung một múi giờ).

Ta cũng có thể nghĩ tới khoảng thời gian Trái Đất cần để quay một vòng so với các ngôi sao. Do Mặt Trời dịch dần về phía đông với một đoạn nhỏ so với các ngôi sao mỗi ngày, nên trong một ngày sao (sidereal day – "sidereal" có nghĩa là "stellar" hay "thuộc về sao") Trái Đất quay được đúng một vòng so với các ngôi sao trước khi nó kịp quay được một vòng so với Mặt Trời. Điều này khiến cho ngày sao ngắn hơn ngày mặt trời khoảng 4 phút. Ngày sao dài 23 giờ 56 phút 4 giây.

Việc có được các múi giờ chuẩn là vô cùng tiện lợi, nhưng kèm theo đó là các quy ước thiên văn. Đồng hồ có thể chỉ cùng một thời điểm tại tất cả mọi nơi trong một múi giờ – nhưng Mặt Trời và các ngôi sao lại không ở cùng một vị trí trên trời tại những nơi đó. Nếu Mặt Trời lặn lúc 7:01 tối tại một thành phố nằm sát rìa đông của một múi giờ, thì tại thành phố ở sát rìa tây của múi đó, nó vẫn ở phía trên chân trời, Mặt Trời ở đây sẽ không lặn cho tới gần 8:01 tối. Tương tự, thời gian trăng mọc và lặn cũng không giống nhau tại mọi nơi bên trong một múi giờ.

Bước ngoặt quan trọng của múi giờ là việc xuất hiện Giờ Tiết kiệm Ánh sáng Ban ngày trong Thế chiến I. Ban đầu được gọi là "Giờ chiến tranh", mục đích của việc lùi thời gian mặt trời lặn lại một tiếng nhằm giảm tiêu thụ nhiên liệu cho chiếu sáng và tăng sản lượng tại các nhà máy có điều kiện chiếu sáng tệ lúc tối muộn. Nó được bãi bỏ cuối thế chiến, và áp dụng trở lại trong Thế chiến II. Sau đó lại bị bãi bỏ vào năm 1945 và mới được tái áp dụng gần đây vào năm 1967. Hiện nay, nó bắt đầu từ Chủ nhật đầu tiên của tháng 4 và kết thúc vào Chủ nhật cuối cùng của tháng 10 tại hầu hết Hoa Kỳ và Canada; ở Châu Âu (họ gọi là Giờ Mùa Hè), nó kéo dài từ Chủ nhật cuối cùng của tháng 3 cho tới Chủ nhật cuối cùng của tháng 9. Kiểu giờ này thật tuyệt cho những đứa trẻ thích chơi ở ngoài tới tối muộn, nhưng lại trì hoãn việc ngắm sao thêm một giờ.

Tại bất cứ thời điểm nào – ngay lúc này chẳng hạn – cũng có 24 giờ khác nhau trên Trái Đất – mỗi múi giờ có một giờ riêng (còn rắc rối hơn khi một số khu vực pháp lý quyết định điều chỉnh đồng hồ của họ theo số lẻ của múi giờ và chênh nửa giờ hoặc thậm chí một phần tư giờ so với giờ chuẩn). Đây sẽ là vấn đề khi bạn muốn công bố thời gian một sự kiện bằng một thông báo có thể sử dụng trên toàn cầu. Các nhà thiên văn tìm ra giải pháp hữu hiệu là biểu diễn các sự kiện theo Giờ Quốc tế, viết tắt là UT (Universal Time), đây là giờ địa phương tại Đài thiên văn Greenwich ở London, Anh. Bạn chỉ cần biết sự chênh lệch giữa giờ đồng hồ của mình và giờ Greenwich để quy đổi thời gian (ví dụ, Giờ chuẩn miền Đông Hoa Kỳ chậm hơn Greenwich 5 giờ). Việc chuyển đổi từ giờ địa phương sang Giờ Quốc tế khi những người quan sát trên toàn thế giới liên lạc với nhau thực sự tiện lợi cho mọi người, sau đó họ chỉ cần thực hiện việc chuyển đổi quen thuộc từ Giờ Quốc tế sang giờ riêng của mình.

Các nhà thiên văn thường xuyên phải xác định khoảng thời gian giữa hai thời điểm cách nhau nhiều ngày, nhiều tháng, hoặc nhiều năm – ví dụ, khoảng thời gian chính xác giữa hai lần quan sát một sao biến quang diễn ra cách nhau vài tháng. Nhiều sự bất thường trong bộ lịch của ta khiến cho việc này tốn nhiều công sức, chẳng hạn, tìm khoảng thời gian giữa 1:17 sáng ngày 15/3/1988 giờ PST và 4:06 sáng ngày 12/9/1999 giờ EDT. Hệ Ngày Julian sẽ cho phép bạn làm điều đó một cách dễ dàng. Hệ này gán các con số liên tiếp cho các ngày, bắt đầu từ một "ngày 0" được chọn ngẫu nhiên vào năm 4713 Trước Công Nguyên. Để đơn giản việc tính toán hơn nữa, hệ Julian sử dụng ngày thập phân thay vì giờ và phút. Chuyển từng ngày thường sang ngày Julian, rồi sau đó trừ đi. Trở lại ví dụ trên, ngày đầu tiên chuyển sang ngày Julian sẽ là 2.447.235,88681 và ngày tiếp theo là 2.451.433,83750. Sau khi trừ đi, câu trả lời là 4.197,95069 ngày.