Przy pomiarach czasu przywykliśmy używać dwu naturalnych jednostek podstawowych: doby i roku. Jeden obrót Ziemi wokół osi trwa jedną dobę, jeden obieg Ziemi wokół Słońca - rok. Oba te ruchy łącznie są przez nas obserwowane jako dzienny (dobowy) ruch nieba. Jednak ani obrót Ziemi, ani obieg Ziemi wokół Słońca nie są całkowicie regularne. Te nieprawidłowości w ruchu naszej planety, a także złożenie ruchu obrotowego i obiegowego Ziemi, odczuwane jako obserwowany ruch nieba, sprawiają, że pozorny dobowy ruch nieba i związane z nim pozorne ruchy Słońca i gwiazd na niebie nie pozwalają na dokładny pomiar czasu. Ale dla celów życia codziennego dokładność jednostki czasu opartej na obrocie Ziemi jest całkowicie wystarczająca. Również astronomowie nie muszą w swojej pracy używać zegarów atomowych, gdyż niedokładność czasu efemeryd, tj. czasu, którego definicja opiera się na ruchu Ziemi wokół Słońca, nie przewyższa 5 s w ciągu tysiąca lat. Także i nam dla zapoznania się z niebem wystarczą jednostki związane z dobowym ruchem gwiazd i Słońca po niebie.

        Ziemia na swej drodze wokół Słońca porusza się w kierunku przeciwnym niż dobowy ruch sfery niebieskiej, a zatem z zachodu na wschód. To sprawia, że odstęp czasu pomiędzy dwoma następującymi po sobie przejściami Słońca przez południk miejscowy - tzw. doba słoneczna jest w przybliżeniu o 4 min dłuższa od doby gwiazdowej, czyli od odstępu czasu między dwoma następującymi po sobie przejściami dowolnie wybranej gwiazdy przez południk miejscowy. Obrót Ziemi narzuca nam zatem dwa rodzaje czasu: słoneczny i gwiazdowy, w zależności od tego czy ruch obrotowy Ziemi odnosimy do Słońca, czy też do gwiazd. W życiu codziennym jest jednak wygodniej opierać się na następstwie dni i nocy, a zatem na czasie związanym z obserwowanym ruchem Słońca po niebie. Do identyfikacji gwiazd i innych ciał niebieskich wygodniejszy jest czas gwiazdowy, gdyż jest on związany z ruchem tych ciał po niebie.

        Jak już wspomnieliśmy, Ziemia nie obiega Słońca z jednostajną prędkością. Aby odbicie ruchu obiegowego Ziemi w obserwowanym ruchu Słońca na niebie było jeszcze bardziej skomplikowane, płaszczyzna równika niebieskiego nie leży w płaszczyźnie orbity Ziemi, ale jest nachylona do niej pod kątem 23,4°. Słońce zatem nie porusza się po niebie jednostajnie, a odstęp czasu upływający pomiędzy dwoma następującymi po sobie przejściami Słońca przez południk miejscowy zmienia się w ciągu roku z dnia na dzień. Czas oparty na obserwowanym ruchu Słońca po niebie nazywamy czasem prawdziwym słonecznym; wskazują go nam zegary słoneczne. Ponieważ jednak nie upływa on jednostajnie, nie jest użyteczny dla potrzeb życia codziennego, toteż na co dzień stosujemy czas średni słoneczny, którego jednostka, średnia doba słoneczna, jest stała. Średnia doba słoneczna jest zdefiniowana podobnie jak prawdziwa doba słoneczna, z tym że zamiast Słońca prawdziwego wprowadzamy fikcyjne Słońce średnie, poruszające się po równiku niebieskim ruchem jednostajnym. Różnica pomiędzy czasem prawdziwym słonecznym i czasem średnim w niektórych dniach roku sięga aż 16 min.

        Ponieważ każdy południk na powierzchni Ziemi ma swój własny czas miejscowy słoneczny, prawdziwy lub średni, ze względów praktycznych musiano dokonać dalszej reformy czasu. W roku 1884 został wprowadzony tzw. czas strefowy. Kula ziemska została podzielona na strefy pomiędzy południkami odległymi od siebie o 15°, co w jednostkach czasowych odpowiada dokładnie 1 h (prędkość ruchu obrotowego Ziemi wynosi w przybliżeniu 360°/24 h). W każdej strefie używa się tego samego czasu, który jest równy średniemu czasowi słonecznemu południka przechodzącego przez środek strefy. Czasem strefowym posługujemy się w życiu codziennym i odmierzają go nasze dobrze znane zegary.

        Podstawowym czasem na Ziemi jest czas uniwersalny (UT), odpowiadający średniemu czasowi słonecznemu południka przechodzącego przez Greenwich, czyli południka o długości geograficznej 0°. W kierunku na wschód w każdej dalszej strefie czasowej mamy czas o jedną godzinę późniejszy niż w strefie poprzedzającej, natomiast w kierunku zachodnim o jedną godzinę wcześniejszy. Analogicznie czas uniwersalny jest równy czasowi strefowemu pomniejszonemu o wyrażoną w godzinach długość geograficzną środkowego południka danej strefy czasowej. Długość geograficzna wyrażona w godzinach ma znak minus na wschód i znak plus na zachód od Greenwich.