连接一个地方正南正北两点所得的直线为子午线，子午线和铅垂线所决定的平面是正南正北方向的子午面。某地天文子午面两次对向同一恒星的时间间隔叫做恒星日，恒星日是以恒星为参考的地球自转周期。

地球自转一周实际所需的时间，或春分点两次经过同一子午圈所需的时间，也就是某一个恒星两次经过同一子午线所需的时间。一个恒星日等于23小时56分4秒。

在天文学上，定义恒星日的不是具体的恒星，而是黄道对于天赤道的升交点，即白羊宫第一点，就是北半球的春分点。但是春分点在不断的西移（岁差），所以天文学上的恒星日与太阳日还是有区别的。

当地球位于A点时，太阳、 恒星、地心、地球上某一点O点位于同一条直线上。地球位于B点时，地球已经自转了360度，O点又位于恒星与地心的连线上，所以，从A点到B点为恒星日。地球位于C点时，地球自转了360.59‘，此时，O点位于太阳与地心的连线上，从A点到C点为一个太阳日。

因为地球自转不断变慢，所以恒星日将越来越长。

1恒星日=23小时56分4.09894秒，短于人们日常使用的太阳日。

1】我们假设地球只有一面对着太阳公转（像月亮一样），那么'恒星日"只有一天而“太阳日”是0。

2】我们假设地球只有公转没有自转，那么会出现什么情况呢？那么“恒星日”就是0，而“太阳日”就是一天。

事实是地球有公转又有自转，那么把公转多出的一天平均在每一天，

于是 太阳日=23小时56分4秒加+24小时/恒星年=24小时。恒星日是地球的自转周期。地球公转导致太阳日比恒星日多出一天，那么一回归年的恒星日是364天。