恒星日とは恒星時0時から次の恒星時0時までの時間のこと、すなわち、春分点が南中してから次の南中までの時間である。春分点そのものも歳差・章動により変動するが、1日における変動量は十分小さいので、地球が恒星に対して360°自転する周期と考えてもよい。
地球が1回自転する間にも、地球は公転によって約1°移動している。したがって太陽に対して1回転、すなわち太陽が南中してからふたたび南中する（1太陽日）ためには、その分360°よりも余計に自転しなければならない。このため、1恒星日は1太陽日よりも4分ほど短く、23時間56分4.0905秒となる。 この結果、恒星の南中時刻は1日あたり4分ほどずつ早くなり、同じ時間に見える星座が変化していく。