天體運行包括恆星、行星、衛星…等自身的自轉、公轉，以及相互間的運動，相當複雜。但大多數人關心的是仰望天空就能觀察到的運動（變化），這其中的原因和地球的公轉及自轉有相當大的關係。

地球自轉造成的天體運動

地球沿著南北極的假想軸線稱為自轉軸，以自轉軸為中心旋轉稱為自轉，自轉方向由北極上空往下看為逆時針轉動，換成地面座標則是由西向東自轉。

因此在同一個夜晚，位於北半球的觀察者會發現日月星辰大都是東升西落的，但北極星幾乎是不動的，而它附近區域的恆星則呈現繞著北極星旋轉的情形。此種現象稱為周日運動，恆星約每小時移動15度（360度÷24＝15度），只要觀察接近地面遮蔽物（如山脈、房子）的恆星一段時間就可發現。同時因為地球自轉，面向太陽時為白天，背對太陽時為晚上，也造成了一天的日夜變化。

地球公轉造成的天體運動

除了北極星以外，如果在我們在同一地點、同一時刻（如晚上八點），但是不同日期去觀察同一個星星（或星座），會發現星星漸漸向西偏移，也就是說星星會愈來愈早升起及落下，所以不同季節看到的星空不同，但是一年之後，同一個星星又在同一時刻升起。這種造成四季星座變化的現象稱為周年運動，乃因地球繞著太陽公轉時，每天由東往西約1度（360度除以一年365天）之故。除了這些視運動外，由於銀河的自轉，太陽與其他恆星跟著一起動，所以恆星也有它真正的運動，只不過由於距離太遠，必須長時間，且使用精密的天文儀器才觀察得到。星體與地球間的相對運動，可以解析為垂直（橫向）及平行（徑向）觀察者視線兩種方向。恆星沿著觀察者視線方向的徑向運動速度，無法用位置的改變來察覺，只能經由分析恆星光譜的都卜勒效應得知；而垂直觀察者視線方向的恆星橫向運動即是所謂的「自行運動」。目前北斗七星呈現一類似杓子的形狀，但因為這七顆星自行運動的方向及速度並不相同，所以回溯十萬年前及推測十萬年後，北斗七星均不呈現斗杓狀，屆時又會有另一番想像。

行星的運動

從地球上觀察行星，會發現行星相對於背景恆星（天球）有不一樣的運行軌跡，這是因為地球本身也是行星之一，與其他行星一樣繞著太陽公轉；由於各行星繞日公轉速度的差別，造成行星在天空中的視軌跡有順行，逆行與留的現象。

※順行（prograde motion）：行星在天球上由西向東運行。
※逆行（retrograde motion）：行星在天球上由東向西運行。
※留（stationary）：行星在天球上看似靜止不動，也就是順逆行轉變之際。

愈接近地球的行星，此種運動現象愈明顯易於觀察。上圖以火星為例，簡要示意行星的視運動軌跡變化。但是行星的運動軌跡並非在同一個晚上就能觀察到，而是要長期觀察，記錄行星在不同日期的位置而得。