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La Terre est une sphère légèrement applatie aux pôles (rayon équatorial - rayon polaire ~ 21km). Cette géométrie trouve son origine dans la rotation de la Terre qui tend à éloigner la matière de l'axe de rotation et cela d'autant plus que cette matière en est éloignée. Cela forme une sorte de "bourrelet" sur l'équateur. Les forces qui s'exercent sur le bourrelet équatorial par de gros corps comme la Lune et le Soleil tendent à faire coïncider le plan équatorial terrestre (c'est-à-dire le plan qui passe par les pôles, perpendiculaire à l'axe de rotation) avec le plan de l'écliptique (le plan dans lequel tourne la Terre).

En pratique, l'angle de 23°27' entre ces deux plans reste quasi-constant parce que la Terre, comme elle tourne, réagit à la manière d'une toupie. Rappelons que si une toupie est animée d'une rotation autour de son axe de symétrie incliné d'un angle alpha par rapport à la verticale, la toupie une fois libérée entame un mouvement tel que son axe de symétrie décrit un cône circulaire autour de la verticale et d'amplitude angulaire alpha. D'une manière similaire l'axe de rotation de la toupie "Terre" décrit un cône circulaire autour de la perpendiculaire à l'écliptique. C'est un mouvement lent puisqu'il correspondrait à une période de 25 600 ans, mais de grande amplitude, l'ouverture du cône est en effet de 23°27'. C'est le mouvement de précession astronomique.

Comme les positions et distances relatives de la Terre, de la Lune et du Soleil changent de manière périodique, la précession astronomique est perturbée selon les mêmes périodes; ces perturbations sont appelées les nutations. A la rotation rétrograde du noeud de l'orbite lunaire correspond la nutation la plus importante de 18 ans 1/2 : c'est la nutation de Bradley (1748). La nutation de Bradley est la nutation principale. La nutation semi-annuelle d'amplitude 0.5" vient ensuite.

Le moment des forces gravitationnelles responsables de ces mouvements est bien connu (il vient d'être raffiné pour tenir compte des effets des planètes en plus de ceux de la Lune et du Soleil). Mais, pour étudier la réponse de la Terre aux sollicitations extérieures, comme pour le calcul des marées, il faut disposer d'un modèle de structure interne du globe. Les observations des variations de la rotation de la Terre sont ainsi des plus précieuses car elles permettent de fixer des contraintes aux modèles de Terre.