Chuyển động tự quay hằng ngày là một chuyển động cơ bản của Trái Đất (và của bầu trời). Chuyển động thứ hai là chuyển động hằng năm của nó trên quỹ đạo quanh Mặt Trời.

Đến tận thế kỷ 16, người ta vẫn tin chắc rằng Trái Đất không di chuyển và là trung tâm của mọi tạo vật. Những ý tưởng trái ngược với quan điểm này của người Hy Lạp cổ đại chỉ được xem như những suy đoán triết học. Vào năm 1543, nhà thiên văn Ba Lan Copernicus đã đề xuất rằng Trái Đất quay quanh Mặt Trời, chứ không phải ngược lại, nhưng ông không có bằng chứng nào mà coi đó là một vấn đề toán học. Phải hai thế hệ sau, nhà thiên văn học vĩ đại người Italia, Galileo Galilei, mới cung cấp được bằng chứng dưới dạng các quan sát qua kính thiên văn về các pha của Sao Kim và các mặt trăng của Sao Mộc. Ông ủng hộ quan điểm “nhật tâm” (Mặt Trời ở trung tâm), nhưng lại gặp rắc rối với chính quyền vì cách làm mình. Tuy nhiên, sự thật đã được phơi bày, và đến giữa thập niên 1600, quan điểm Trái Đất quay quanh Mặt Trời đã được chấp nhận rộng rãi (ít nhất là ở Châu Âu).

Từ rất lâu, trước khi có ai đó biết rằng liệu Mặt Trời hay Trái Đất mới là thứ di chuyển, các nhà thiên văn đã vẽ lại đường chuyển động biểu kiến của Mặt Trời trên bầu trời, so với nền sao. Đường này được gọi là hoàng đạo. Họ cũng nhận thấy các điểm mọc và lặn của Mặt Trời tại chân trời và độ cao lúc giữa trưa của nó biến động ra sao cùng với sự thay đổi của các mùa. Thậm chí, họ còn xác định được độ dài của năm – đôi khi độ chính xác thật đáng ngạc nhiên.