Zrod modernej astronómie nastal v priebehu 15. a 16. storočia. Vedec Johannes Kepler, ktorý žil v rokoch 1571 až 1630, zistil, že planéty sa otáčajú okolo Slnka, a tak založil jeden z dvoch primárnych pohybov Zeme. Sir Isaac Newton rozšíril Keplerovu prácu a zistil, ako gravitácia ovplyvňuje planetárny pohyb. Dnes vieme, že Zem má dva primárne pohyby, rotáciu a revolúciu, ktoré sú zodpovedné za životné cykly všetkého živého na Zemi.
Rotácia
Prvý primárny pohyb Zeme je rotácia. Zem sa otáča proti smeru hodinových ručičiek a točí sa okolo svojej osi raz za 24 hodín. Zem sa pri otáčaní kolíše, podobne ako rotujúca doska, pretože k rotácii Zeme dochádza pri miernom náklone. Zem je naklonená na približne 23,5 stupňa. Naklonenie Zeme pri rotácii vytvára rôzne gravitačné sily na severnom a južnom póle.
Revolúcia
Keď sa Zem otáča okolo svojej osi, rotuje sa aj na obežnej dráhe okolo Slnka. Trvá presne 365 dní, kým Zem urobí jednu úplnú cestu okolo slnka - naša definícia roka. Zem ide po kruhovej ceste, keď sa pohybuje okolo slnka v protismere hodinových ručičiek. Dráha, po ktorej Zem kráča, sa preto nazýva eliptická rovina.
Účinky
Rotácia Zeme okolo svojej osi je zodpovedná za denné svetlo a nočnú dobu. Keď slnko vychádza z našej perspektívy, otáčame sa smerom k slnku. Naopak, slnko zapadá, keď sa od neho odvraciame. Poludnie a polnoc sú časy, keď je Zem v polovici svojej každodennej rotácie. Podobne, ako sa Zem točí na obežnej dráhe okolo slnka, dostávame ročné obdobia. Revolúcia Zeme vo vesmíre má na svedomí aj to, prečo vidíme, ako hviezdy po celý rok posúvajú svoju pozíciu na nočnej oblohe.
Variácie
24-hodinová rotácia Zeme nie je presná. Existujú mierne odchýlky, zvyčajne iba o pár milisekúnd, ktoré spôsobujú, že sa rozpätie každého dňa líši. V priebehu histórie prílivové trenie spôsobilo spomalenie rotácie Zeme, čím sa mierne predĺžila dĺžka dňa. Sklon Zeme sa tiež líši a mení sa od 24,5 do 21,5 stupňa, keď sa otáča okolo svojej osi. Táto variácia sa vyskytuje vo veľmi dlhom časovom období, približne 40 000 rokov. Tvar revolúcie Zeme okolo Slnka sa tiež môže meniť počas 100 000 rokov. Predpokladá sa, že tieto variácie pohybov Zeme sú zodpovedné za zmeny podnebia, ktoré možno pozorovať u fosílií z ľadovcového a medziľadového podnebia.