根據近一百年的天文觀測資料，發現極移包含各種複雜的運動。除了上述周年周期和張德勒周期外，還存在長期極移，周月、半月和一天左右的各種短周期極移。其中長期極移表現為地極向著西徑約70°～80°方向以每年3.3～3.5毫角秒的速度運動。它主要是由於地球上北美、格棱蘭和北歐等地區冰蓋的融化引起的冰期後地殼反彈，導致地球轉動慣量變化所致。其它各種周期的極移主要與日月的潮汐作用以及與大氣和海洋的作用有關。
歲差與章動在外力的作用下，地球的自轉軸在空間的指向並不保持固定的方向，而是不斷發生變化。其中地軸的長期運動稱為歲差，而周期運動稱為章動。歲差和章動引起天極和春分點位置相對恒星的變化。公元前二世紀，古希臘天文學家喜帕恰斯在編製一本包含1022顆恒星的星表時，首次發現了歲差現象。中國晉代天文學家虞喜，根據對冬至日恒星的中天觀測，獨立地發現了歲差。據《宋史·律曆誌》記載：“虞喜雲：’堯時冬至日短星昴，今二千七百餘年，乃東壁中，則知每歲漸差之所至‘”。歲差這個名詞即由此而來。
牛頓第一個指出產生歲差的原因是太陽和月球對地球赤道隆起部分的吸引。在太陽和月球的引力作用下，地球自轉軸在空間繞黃極描繪出一個圓錐麵，繞行一周約需26000年，圓錐麵的夾角約為23.5°。這種由太陽和月球引起的地軸的長期運動稱為日月歲差。除太陽和月球的引力作用外，地球還受到太陽係內其它行星的引力作用，從而引起地球運動的軌道麵，即黃道麵位置的不斷變化，由此使春分點沿赤道有一個小的位移，稱為行星歲差。行星歲差使春分點每年沿赤道東進約0.13角秒。
地球自轉軸在空間繞黃極作歲差運動的同時，還伴隨有許多短周期變化。英國天文學家布拉得雷在1748年分析了20年恒星位置的觀測資料後，發現了章動現象。月球軌道麵（白道麵）位置的變化是引起章動的主要原因。目前天文學家已經分析得到章動周期共有263項之多，其中章動的主周期項，即18.6年章動項是振幅最大的項，它主要是由於白道的運動引起白道的升交點沿黃道向西運動，約18.6年繞行一周所致。因而，月球對地球的引力作用也有相同周期變化，在地球上它表現為天極在繞黃極作歲差運動的同時，還圍繞其平均位置作周期為18.6年的運動。同樣，太陽對地球的引力作用也具有周期性變化，並引起相應周期的章動。
地球各圈層結構人們對於地球的結構直到最近才有了比較清楚的認識。整個地球不是一個均質體，而是具有明顯的圈層結構。地球每個圈層的成分、密度、溫度等各不相同。在天文學中，研究地球內部結構對於了解地球的運動、起源和演化，探討其它行星的結構，以至於整個太陽係起源和演化問題，都具有十分重要的意義。
地球圈層分為地球外圈和地球內圈兩大部分。地球外圈可進一步劃分為四個基本圈層，即大氣圈、水圈、生物圈和岩石圈；地球內圈可進一步劃分為三個基本圈層，即地幔圈、外核液體圈和固體內核圈。此外在地球外圈和地球內圈之間還存在一個軟流圈，它是地球外圈與地球內圈之間的一個過渡圈層，位於地麵以下平均深度約150公裏處。這樣，整個地球總共包括八個圈層，其中岩石圈、軟流圈和地球內圈一起構成了所謂的固體地球。對於地球外圈中的大氣圈、水圈和生物圈，以及岩石圈的表麵，一般用直接觀測和測量的方法進行研究。而地球內圈，目前主要用地球物理的方法，例如地震學、重力學和高精度現代空間測地技術觀測的反演等進行研究。地球各圈層在分布上有一個顯著的特點，即固體地球內部與表麵之上的高空基本上是上下平行分布的，而在地球表麵附近，各圈層則是相互滲透甚至相互重疊的，其中生物圈表現最為顯著，其次是水圈。大氣圈是地球外圈中最外部的氣體圈層，它包圍著海洋和陸地。大氣圈沒有確切的上界，在2000～16000公裏高空仍有稀薄的氣體和基本粒子。在地下，土壤和某些岩石中也會有少量空氣，它們也可認為是大氣圈的一個組成部分。地球大氣的主要成份為氮、氧、氬、二氧化碳和不到0.04％比例的微量氣體。地球大氣圈氣體的總質量約為5.136×1021克，相當於地球總質量的百萬分之0.86。由於地心引力作用，幾乎全部的氣體集中在離地麵100公裏的高度範圍內，其中75％的大氣又集中在地麵至10公裏高度的對流層範圍內。根據大氣分布特征，在對流層之上還可分為平流層、中間層、熱成層等。水圈包括海洋、江河、湖泊、沼澤、冰川和地下水等，它是一個連續但不很規則的圈層。從離地球數萬公裏的高空看地球，可以看到地球大氣圈中水汽形成的白雲和覆蓋地球大部分的藍色海洋，它使地球成為一顆“藍色的行星”。地球水圈總質量為1.66×1024克，約為地球總質量的3600分之一，其中海洋水質量約為陸地（包括河流、湖泊和表層岩石孔隙和土壤中）水的35倍。如果整個地球沒有固體部分的起伏，那麼全球將被深達2600米的水層所均勻覆蓋。大氣圈和水圈相結合，組成地表的流體係統。生物圈由於存在地球大氣圈、地球水圈和地表的礦物，在地球上這個合適的溫度條件下，形成了適合於生物生存的自然環境。人們通常所說的生物，是指有生命的物體，包括植物、動物和微生物。據估計，現有生存的植物約有40萬種，動物約有110多萬種，微生物至少有10多萬種。據統計，在地質曆史上曾生存過的生物約有5億～10億種之多，然而，在地球漫長的演化過程中，絕大部分都已經滅絕了。現存的生物生活在岩石圈的上層部分、大氣圈的下層部分和水圈的全部，構成了地球上一個獨特的圈層，稱為生物圈。生物圈是太陽係所有行星中僅在地球上存在的一個獨特圈層。對於地球岩石圈，除表麵形態外，是無法直接觀測到的。它主要由地球的地殼和地幔圈中上地幔的頂部組成，從固體地球表麵向下穿過地震波在近33公裏處所顯示的第一個不連續麵（莫霍麵），一直延伸到軟流圈為止。岩石圈厚度不均一，平均厚度約為100公裏。由於岩石圈及其表麵形態與現代地球物理學、地球動力學有著密切的關係，因此，岩石圈是現代地球科學中研究得最多、最詳細、最徹底的固體地球部分。由於洋底占據了地球表麵總麵積的2／3之多，而大洋盆地約占海底總麵積的45％，其平均水深為4000～5000米，大量發育的海底火山就分布在大洋盆地中，其周圍延伸著廣闊的海底丘陵。因此，整個固體地球的主要表麵形態可認為是由大洋盆地與大陸台地組成，對它們的研究，構成了與岩石圈構造和地球動力學有直接聯係的“全球構造學”理論。