描述地球自转或地球指向的五个参数（earth orientation parameter; EOP）为：①地球本体绕自转轴自西向东（或从北极往下看呈逆时针）的转动角速率，即日长（length-of-day; LOD），每圈约24小时。LOD一直在发生毫秒量级的变化即日长变化。与此有关的是世界时（universal time; UT），故UT是非均匀变化的。②从站在地表上（代表固体地球本体）的观察者看，地极在地表上一直在运动，在两极附近描绘出形状复杂的轨迹，即地极相对于固体地球框架的运动，即极移（polar motion; PM），常用（x，y）两个坐标来表述。③自转轴或地极相对于空间惯性参考框架的运动，即岁差（precession）和章动（nutation），常用（X，Y）或（黄经y，黄赤交角e）两个坐标来表述。岁差和章动是非球形的地球在日月行星的引潮力作用下的一种受迫运动，周期约2.6万年的沿黄道西退运动称为岁差，而周期从2天到18.6年之间的运动称为章动。

EOP是基于地面的天文观测所依赖的地面参考架与空间惯性参考架之间转换与联结的重要参数，对它们的观测与理论研究一直是基本天文学、大地测量学和地球物理学共同的重要课题。

极移与日长变化存在各种（准）周期性。如日长变化有：地月系统的潮汐耗散导致长期趋势项约+（1～2）毫秒（ms）/世纪；冰雪融化导致的约万年尺度的变化小于5×10^-10/年;核幔耦合导致的十年际变化约3～5毫秒/十年；而年际、准两年、季节性（主要是周年和半年项，约20毫秒）及更高频的变化多数与大气、海洋的作用有关，毫秒（ms）量级。极移有：长期趋势项约3毫角秒/年（mas/yr），指向西经70°即格陵兰岛；周期20～30年的马科维茨（Markowitz）项，约20毫角秒，指向西经30°～50°；约430天的钱德勒摆动（Chandler Wobble; CW，约0.1"～0.2"）；②季节性变化约0.1毫角秒/年；其他高频变化为2～20毫角秒/年。章动：18.6年主章动项在黄道上的黄经章动分量是17.24"，垂直于黄道的斜章动是9.21"，半年项为（1.32"，0.57"），9.3年、周年、13.66天约在0.1"～0.2"，而其他周期项均小于0.1"。

①从地球所处空间环境来看，它受到日、月、各大行星对它的引力或潮汐作用；②从地球圈层结构来看，自外向内有大气层、冰盖与地表水系、海洋、起伏的陆地、地壳、地幔、流体外核和固体内核等圈层。由于存在大气与海洋的负荷、风和洋流运动、冰雪融化、板块运动、地震与火山喷发、地幔对流等，固体地球的惯性张量矩随时都在发生变化，同时各圈层之间存在各种相互耦合（如引力、电磁、黏滞、地形耦合）作用并发生角动量交换；③地球不是一个球对称的完全刚性体，而是内部结构复杂、具有弹性甚至非弹性（如黏滞性或弹滞性）、各向异性的非均匀体。

通常从刘维方程或角动量守恒方程出发研究上述各种地球物理因素激发的地球自转变化。

1969年以前，通过传统的光学观测如等高仪和中星仪等提供EOP，精度与时间分辨率都较低。从1969年之后，空间大地测量技术得到了迅猛发展。主要有：甚长基线干涉测量（VLBI）、月球激光测距（LLR）、卫星激光测距（SLR）、全球导航卫星系统（GNSS，包括美国的GPS、欧盟的Galileo、俄罗斯的GLONASS、和中国的北斗系统BDS）、法国的星载多普勒接收机测速和无线电测距的集成系统（DORIS）等。以上技术有各自优缺点，如VLBI能测定EOP的所有参数、精度也最高，但建设与运行成本也很高；GNSS部件小、费用低、普及快，可全球布站，提供不间断的连续观测，因而成为目前监测局部地壳运动和EOP（特别是高频项）中使用最多的技术。

以上技术日常测定地面台站坐标和速度的精度已高于1厘米和1毫米/年，换算到EOP和地球参考架的精度也相应的高于0.3毫秒角（或0.02毫秒）和0.03毫秒角/年，时间分辨率已高于一天一点。国际上正在推广建设新一代的VLBI2010观测系统，以12～13米口径的小天线替代传统的大天线，采用宽带观测模式，连续不间断地运转，数据处理后就可近实时（约24小时后）、连续地提供EOP的测定结果，精度要求是台站坐标1毫米（相应的EOP约0.03毫秒角）和速度0.1毫米/年。VLBI2010观测系统将于2017年开展试观测，有望在2020年提供常规、连续、实时、高精度全球EOP测定服务。

CW是地球的一个自由本征模，周期约435±2天，幅度约0.1"～0.2"，品质因子Q约50～100。因为地球存在各种耗散，它应该逐渐衰减掉，但观测表明它很稳定。

FCN是流体外核与地幔的自转轴不重合而引起的一个自由本征模，它主要反映了核幔边界附近的物理状况和动力学性质。其本身的幅度小于0.3mas，但因其周期与逆向周年章动很近而产生强烈的共振效应。传统的理论计算结果给出其周期约460恒星日，而VLBI和超导重力测量给出其周期约430±1天，相差近30天。用核幔边界的电磁、黏滞、地形耦合来解释看来都不行。另外，FCN的周期和振幅也在变化。

其定义为H=[C-（A+B）/2]/C，A、B、C是地球三个主转动惯量。日月岁差、主章动项和倾斜模等都与其密切相关。基于传统的地球内部形状理论和地球模型计算给出H值约1/308.8，但高精度的天文岁差观测得到的H值约1/305.5（精度好于10^-7）。

它们也反映了内核和内外核边界的有关物理和动力学信息，理论上证明了FICN和ICW的存在性并给出了它们的本征周期，但因它们本身信号很弱，如何从观测上给予肯定性的、精确的周期和幅度还有待努力。

与固体地球固连的框架即地球参考架是建立在位于地壳上各种观测技术台站之上的，由于存在板块运动与形变、台站位移等，通常采用整体无旋转的Tisserand坐标系统与框架，但在具体实践上仍然存在一些问题。

如何获得相互匹配的天球参考架CRF、地球参考架TRF和EOP，在EOP内部，如何使极移与岁差、章动模型相互自洽，这些都是国际天文学会/国际大地测量协会（IAU/IAG）“地球自转理论”联合工作组（WG_THER）的核心任务。