زمان اساس بسيارى از قوانين علمى را تشکيل مى‌دهد، اما خودِ آن را بسيار به دشوارى مى‌توان تعريف کرد. زمان، مانند فاصله، اشياء و رويدادها را از يکديگر جدا مى‌کند، و به اين دليل مى‌توان آن را بهعنوان بعد چهارم در نظرگرفت. با اين حال، زمان را نمى‌توان مستقيماً اندازه‌گيرى کرد. اين کار را بايد با اندازه‌گيرى راهى که از طريق آن گذر زمان بر چيزها تأثير مى‌گذارد انجام دهيم.
مدار گردش زمين [به دور خورشيد] دايره‌اى نيست بلکه بيضوى است، پس به‌نظر نمى‌رسد که خورشيد با سرعت ثابتى از مقابل ستارگان حرکت کند. بنابراين بيشتر نظام‌هاى زمانى معمولى مبتنى هستند بر يک وسط شمس فرضى که با سرعت ثابتى برابر با سرعت ميانگين خورشيد واقعى حرکت مى‌کند.
روز عبارت است از زمانى‌که زمين يک بار به‌دور محور خود مى‌چرخد. روز نجومى برمبناى ستارگان حساب مى‌شود و عبارت است از فاصلهٔ زمانى عبورهاى متوالى يک ستاره از نصف‌النهار معينى در روى زمين. (نصف‌النهار خطى فرضى است که درست شمال و جنوب زمين (قطبين) را قطع کند و از نقطه‌اى مستقيم بر بالاى سر مشاهده‌گر بگذرد). روز نجومى برابر با ۲۳ ساعت و ۵۶ دقيقه و ۴ ثانيه است. روز خورشيدى را نسبت به وسط شمس حساب مى‌کنند. روز متوسط خورشيدى برابر با ۲۴ ساعت است.
سال زمانى است که زمين يک بار به‌دور خورشيد مى‌گردد. دورهٔ حرکت انتقالى حقيقى زمين ۳۶۵ روز و ۶ ساعت و ۹ دقيقه و ۱۰ ثانيه است و آن را يک سال نجومى مى‌گويند. با اين همه، جهتى که محور زمين به آن اشاره دارد درنتيجهٔ اثرى که حرکت تقديمى خوانده مى‌شود، تغيير مى‌کند. قطب سماوى شمالى اکنون در نزديکى ستارهٔ پولاريس (جُدي) در صورت فلکى خرس کوچک [دُب اصغر] قرار دارد، بنابراين پولاريس به‌نام ستارهٔ قطبى نيز ناميده مى‌شود. با فرارسيدن سال ۱۴۰۰۰ ميلادى محور زمين رو به جهت متفاوتى خواهد داشت و ستارهٔ نورانى و گا[نسر واقع] در صورت فلکى شلياق در نزديک قطب خواهد بود. اين در عين حال بدان معنا است که موضع ظاهرى مسير خورشيد در آسمان، نسبت به ستارگان در حال تغيير است. سال اعتدالى آثار حرکت تقديمى را اعتدال بخشيده و برابر است با ۳۶۵ روز و ۵ ساعت و ۴۸ دقيقه و ۴۵ ثانيه. تقويم براساس سال اعتدالى تهيه مى‌شود.
واحد بين‌المللى زمان ثانيه است که در اصل برابر ۸۶۴۰۰/۱ روز متوسط خورشيدى تعريف مى‌شد. با اين‌حال، چنانکه ديديم، زمين معيار خوبى براى سنجش زمان نيست، بنابراين دانشمندان مدتى است که از زمين براى تعريف واحد اساسى زمان استفاده نمى‌کنند. ثانيه اکنون بهعنوان مدت ۹،۱۹۲،۶۳۱،۷۷۰ دورهٔ تابش تعريف مى‌شود که مطابق است با انتقال بين دو سطح فوق ظريف حالت اصلى اتم سِزيُم - ۱۳۳.
وقت متوسط گرينويچ (GMT: Greenwich Mean Time) عبارت است از وقت محلى در گرينويچ، انگلستان. نصف‌النهار گرينويچ خطى است با طول جغرافيائى صفر درجه که از رصدخانهٔ گرينويچ عبور مى‌کند. وسط شمس از نصف‌النهار گرينويژ در ظهر به‌وقت GMT عبور مى‌کند. GMT که زمان جهانى (UT: Universal Time) نيز ناميده مى‌شود، بهعنوان زمان معيار مرجع براى سراسر جهان به‌کار مى‌رود. زمان نجومى به‌طور تحت‌اللفظى يعنى زمان ستاره‌اي. اين زمان برمبناى ستاره‌ها حساب مى‌شود نه برمبناى خورشيد.