人们一直认为地球的自转既均匀又稳定，简直是大自然赐予我们的一架理想的天然钟。直到20世纪30年代，由于原子钟的出现，人们才发现地球的自转速度是不均匀的，越转越慢。只是这种变化幅度极其微小，在日常生括中我们毫无察觉。
现在知道，日长有长期减慢、季节性周期变化和不规则变化。地球自转的长期减慢，使得日长在一个世纪内大约要增长千分之一秒到千分之二秒，因此一天的时间在变长。日长变化这么小的量级是难以直接检验的，但是它的长期累积效应却是可以测量到的。
古生物学家研究古珊瑚在生长过程中每天分泌的碳酸钙在其躯体上留下了一条条有如树木年轮的日纹，发现在37000万年以前，每年400天，6500万年前每年约376天。而我们知道至今人们还未发现年的长度有什么变化，因此，现在一年的天数比过去少了，只能说明现在的天比过去长了，或者说现在地球自转比过去慢了。
一般认为造成地球长期自转变慢的原因是潮汐摩擦。潮汐是在月球和太阳的引力作用下（主要是月球），海水有规律的涨落运动，早晨升起的海潮叫“潮”，黄昏升起的海潮叫“汐”，合起来称为“潮汐”。由于海水的高潮总是随着月球自东向西移动，迎着地球自转方向，因而对地球自转起摩擦阻碍作用，使地球自转越转越慢。此外，一些天文学家还提出了一些其他因素，比如，地球半径的胀缩，海平面的变化，地球内部放射性元素的加热作用所引起的物质分布的变化，地球板块运动的影响等。所有这些问题的研究，至今还没有明确的结论。
20世纪初，法国的一位天文学家根据1934-1937年巴黎、华盛顿、柏林三个天文台的天文摆钟和石英钟的运行情况，发现了地球在春天转得慢一些，而在秋天转得快一些。后来用石英钟和原子钟守时，证实了地球自转的这种季节性变化，而且天文学家已经总结出了地球一年中自转变化的近似规律。至于变化的原因，推测是由于地球表面大气压力的变化，南极洲冰雪的季节性变化等。比如，冬季风的平均速度比夏季风速度快。而在有风的季节，当风与地球表面摩擦时，会稍微加速或阻碍地球自转。又如严寒的冬季，海洋中几百万吨的水以冰雪的形式储存在极区和温带。在这个过程中，水被提升到几百甚至几千米的高处。大量冰雪的转移，也会影响地球的自转，这就像一位花样滑冰运动员伸展手臂减慢旋转速度一样。
另外，根据月球运动的变化，人们发现地球的自转还有突然的不规则的变化，有时转得快些，有时转得慢些，这些变化的原因尚在研究当中，可能与太阳以及周围天体的运动变化有关。
