地球自转的非均匀性表现为瞬时自转轴相对于固体地球的变化和自转速率或自转周期的变化。地球系统（含固体地球、海洋和大气）中的任何物质迁移与角动量交换，均会造成固体地球自转的变化。绝大多数此类变化都是可以忽略不计的，但如洋流、潮汐等大质量运动则可造成能够辨别的地球自转变化，在精确的天文观测、深空目标跟踪和人造卫星轨道测定中引入误差。

世界时（UT1）用于描述地球自转的周期，每天约24小时。极坐标（x，y）用于描述地球瞬时自转轴相对于地球本体的运动。地球瞬时自转轴相对于固体地球不是固定的，而是缓慢变化的。国际地球参考架中的极坐标原点位于IERS参考极，为固体地球上协议标定的一点，x-轴指向IERS参考子午线，y-轴指向西经90°。某时刻地球瞬时自转轴在此坐标系中的坐标，即为极坐标。天极偏移（X、Y）用于描述地球瞬时自转极相对于协议天极方向的变化，协议天极方向由IAU岁差和章动模型给出。

地球定向参数表现为时间的函数，必须通过天文观测获得。因而在高精度要求的实时应用中只能使用实际测量值的预测值。