先说太阳日与恒星日的定义。
太阳日是地球上某一地点连续两次达到高度角最大时的时间间隔，而恒星日是地球上某地连续两次正对着某颗遥远的恒星的时间间隔（我自己的理解，可能跟教科书上的不一样），但地球是在围绕着太阳转动的，或者说，太阳日只涉及地球的自转，不涉及地球的公转，而恒星日既涉及地球的自转，也涉及地球的公转。于是，太阳日与恒星日的时间长度就有了差别。
看下面的图。
地球位于A点时，地球上的P点既正对着太阳，也正对着那颗遥远的恒星。开始计时。地球自转了差不多一圈后，到了公转轨道上的B点，P点又一次正对着那颗遥远的恒星，这是一个完整的恒星日。但是你看，P点再次正对着太阳吗？到一个太阳日了吗？还没有。由于地球在自转的同时也在围绕太阳公转，在一个恒星日的时间内，它在公转轨道上也移动了一段距离，还没有再次正对着太阳，还需要再转过一点角度。当地球运行到C位置时，这一点角度转过去了，P点又一次正对着太阳了，一个太阳日的时间到了。可是这时候，P点已经不是正对着那颗恒星了。对吧？
一个恒星日只是地球从A点到B点的时间，这段时间是23小时56分04秒。而一个太阳日是地球在公转轨道上从A点到C点所用的时间，是24小时整。即：地球从B点运行到C点时，所需要的时间是3分56秒。于是，一个恒星日的时间是23小时56分04秒，但地球还要再运行3分56秒，用刚好24小时整的时间，才能完成一个太阳日。
太阳日与恒星日的时间差就是这么来的。
太阳日是地球两次正对太阳的间隔，而恒星日是地球两次正对星空中某个恒星的间隔，这个是真正的自转周期。
本来，如果地球是固定在宇宙中，没有绕太阳公转的话，确实应该是自转360度就能再次正对太阳的，但是事实上地球是在绕太阳公转，当地球自转360度之后(恒星日)，地球已经移动了一段距离，还没能再次正对太阳，还要再转过一点才可以，所以恒星日是比太阳日更短的。
一个回归年是有365.2422个太阳日。而这期间，地球是自转了366.2422圈，正好比日数多了1 (公转一周令全年自转数跟全年日数差了1)，也就是说一年有这么多个恒星日。
所以，恒星日和太阳日的长度比是：365.2422 / 366.2422 ，这个比很重要，如果分母是太阳日的24小时，那么分子的恒星日按照这个比就得出来是23时56分04秒，也就是恒星日比太阳日短了3分56秒了。
太阳日与恒星日的时间都是由两部分组成；1，自转；2，公转。
地球只围绕太阳公自转。地球的公转运动，对于遥远的恒星来讲，就像一个钟摆左右来回摆动。向左摆动的公转时间被向右摆动的公转时间相互抵消，恒星日公转的时间为0。所以恒星日只有一种成分就是自转。
太阳日=自转（23时56分4秒）+公转（3分56秒）
恒星日=自转（23时56分4秒）+公转（0秒）