在觀察恆星周日運動的期間，我們特別強調恆星在一天之內的運行規律，這似乎暗示超過一天以上的時間，恆星運行的規律會有所不同。請同學同樣打開星象模擬軟體，將畫面調整到面向北方天空，並調整時間讓時間快轉。建議同學先複習一下恆星的周日運動，觀察恆星在一天之內的運行規律。接下來請同學以「日」為單位讓時間快轉，點一下畫面右下角的時間就會出現時間快轉的功能，手機或平板的應用程式版本，需要再按一次日期時間，才會出現出現單獨調整日期的功能（圖1-54）。
同學可以自行操作Stellarium或觀察的圖1-74，並回答以下問題：
- 每隔一天，同一顆恆星的位置（偏西一點、偏東一點、沒有變化）
- 恆星每天繞行天北極（正好一圈、比一圈多一點、比一圈少一點）
- 恆星繞行天北極一圈需要（正好一天、比一天多一點、比一天少一點）
- 恆星大約 之後會在同一時間回到相同位置
如果同學沒有自己操作軟體，可能很難從圖中觀察出來，每隔一天恆星的位置有什麼變化。實際操作之後就會發現，每隔一天大部分恆星的位置都會由東向西偏一點點，移動的軌跡和周日運動很類似，都是以天北極為中心逆時針轉動。如果我們持續調整日期，恆星的位置就會持續往逆時針方向旋轉（時間也可以一次調整一個月）。直到一年之後，恆星才會在同一個時間回到大致同一個位置上。這樣的運行規律，我們稱為周年運動。
恆星的周年運動，源自於地球自轉和地球繞日公轉的規律。準確來說，地球上的一天（24小時）並不是以地球自轉一圈來定義，而是以太陽連續兩次通過子午線的時間長度來定義。也就是說，當太陽出現在子午線上的時候，我們當作這是一天的正午；隨著地球的自轉和公轉，看到太陽從日落到隔天日出，當太陽第二次到達子午線時，就是隔天的正午。我們將兩個正午之間的時間長度定義為一天，也就是24個小時（圖1-75的黑色小人從位置A轉到位置C）。
由於地球自轉的同時也在繞行太陽公轉，所以當地球在自轉一圈的過程中，地球同時公轉了一個角度（圖1-75角1），造成太陽和地球之間的相對位置發生變化，此時地球的自轉必需要多轉一個角度（圖1-75角2），才能讓地表上同一個地點再次面對太陽。換句話說，在一天（24小時）的時間中，地球自轉超過一圈。
相對來說，距離地球較遙遠的其他恆星，觀測的角度就不會受到地球公轉的影響，而是地球每自轉一圈，恆星看起來就繞行天北極一圈。當地球每一天自轉超過一圈，恆星就會同樣繞行天北極超過一圈。因此每隔一天，大部分恆星的位置都會比前一天偏西一點，逆時針繞行天北極的角度超過一圈。
至於地球每一天要自轉多少角度，才能夠讓太陽連續第2次出現在同一地點的子午線上，我們可以用以下的幾何關係來計算（圖1-75）。以地球上某地正對太陽的時刻（圖1-75黑色小人在位置A），當作第一天的起算時間點（正午12:00）。隨著地球自轉一圈（圖1-75黑色小人在位置B），地球同時也公轉一定的角度（圖1-75角1）。此時地球地球已經自轉一圈，地球上的任一點已經再次面對空中同一個方向（圖1-75白色虛線），天上恆星已經出現在昨天的同一個位置。但此時地球上的特定地點仍未第2次正對太陽，需要地球再自轉一定的角度（圖1-75角2），太陽才會連續第2次通過當地子午線（圖1-75黑色小人在位置C），此時才是完整一天的時間長度。
如果以地球大約每365.25天繞行太陽一圈360°來計算，地球每天公轉的角度大約是1°（圖1-75角1）。以地球自轉一圈前後的兩個時間點，地球上某地所指向的方向相同為基準，可以畫出2條平行線（圖1-75白色虛線）。角1和角2是平行線的內錯角，因此角度相等，角2大約也是1°左右。也就是說，每隔1天，地球就必須多自轉1°才能讓地表上同一個地點再次面對太陽，而每一天地球自轉的角度約為361°。
因此，在每一天的時間裡，太陽會連續兩次通過同一位觀測者當地的子午線2次。但是遙遠的恆星則會在一天的時間裡繞行天北極一圈又1°，每天同一時間的位置會偏西1°左右。
如果以地球自轉361°的時間長度定義為24小時，那地球自轉1°大約需要4分鐘。所以天上恆星繞行天北極一圈所需要的時間長度，大約是24小時減去4分鐘，也就是恆星每隔23小時又56分，就會回到天空中的同一個位置。
當我們把距離拉遠一點，看看地球、太陽、和周圍那些遙遠恆星的相對位置。我們可以看出來當地球走到繞日公轉軌道上的任一個位置時，對地球上的人來說，和太陽同一側的所有恆星會因為太陽光的影響而看不到，因為次時太陽會和這些恆星同時出現在天空中。必須隨著地球自轉，當我們轉向面對另一側的天空時，才能看見天上的恆星（圖1-76）。
隨著地球以每天1°的速度繞日公轉，我們每天可以看見的星空範圍也會一點一點改變。等到不同季節時，當地球位在公轉軌道上的位置明顯不同，夜空中出現的恆星就會有較大的差異。直到一年過後，相同的恆星才會在相同時間出現在相近的位置。而這樣的變化就是源自於地球每天公轉1°，天上恆星每天提早4分鐘出現在天空中的結果，稱為恆星的周年運動。