关于地球自转轴的方向，由于轴为线，所以可以指向南北极。又因为目前轴线指向的北极附近有北极星坐镇，因此我们只以北极区域作为标准定义轴线的指向。地球自转轴的指向会因为轴向岁差而变化，但其变化是缓慢的。目前的指向大约距离北极星约0.75度，随后将会变化。
地球自转轴方向我们可以假设它指向与假想天球的边缘交界之点，这点我们称为天极。天极点分为北天极和南天极，不过在它们的精确位置处，并没有太好的参考物，如明亮恒星。
通常我们需要指一个方向都需要一个参照物，这里我们也需要一个，那就是明亮的恒星。地球自转轴指向点最为接近的一颗明亮恒星，我们就称这颗恒星为极星。极星这个名词通常指的就是北极星（因为南天极附近无明亮恒星可以作为参考物），也就是目前最靠近北极的亮星——勾陈一。
于2010年9月在英国的东安格里亚长期曝光拍摄的北极星和周围恒星的照片，北极星是在左上角固定不动的光点。图：Imperium Europeum
天极
南北天极是天空中两个虚构的点，我们可以假设将地球的自转轴线无限的延伸，总会与假想的天球面相交于一点。对于在地球地理上的北极点和南极点的观测者来说，他们头顶正上空永远指向的是北天极和南天极。当地球绕其轴自转时，两个天极仍然固定在天空中，并且所有的其他点似乎都会围绕它们自转，每天都会完成一个回路（严格地说，是每个恒星日）。
天极也是天体赤道坐标系的极点，这意味着它们的赤纬分别为+90度和-90度（分别对于北天极和南天极）。
天极不会永远固定在恒星的背景下。由于这种现象的存在，就产生了一个被称为轴向进动的现象（岁差），两极点在天球上的运动会画出一个圆圈，周期大约为25700年。地球的自转轴也会受到其他复杂运动的影响，这些运动导致天极在不同长度周期中会有略微移动的现象；可以参见章动、极移和转轴倾角相关知识点。最后，在很长的一段时间内，由于恒星的自身运动（自行），恒星本身的位置也会发生变化。
地球以外的天体也有类似的天极定义。所以类似的概念也适用于其他行星：行星的天极是天空中行星自转轴的投影与天球相交的点。这些点之所以不同，是因为不同行星的轴取向不同（由于视差效应，恒星的表观位置也略有变化）。
由于岁差的影响，天球北极在群星间移动的路径，图中并标示出年份。图：Tau?olunga
极星
极星一般指的是恒星，优选目标为明亮的恒星，与天体的自转轴线指向紧密对准或靠得很近。
关于行星地球，极星是指北极星（Alpha Ursae Minoris），是一颗亮度约为2（等）的恒星，目前该恒星大致与地球的北轴对齐，在天文航海（Celestial navigation）中是一颗最佳选择的恒星。
截至2012年10月，北极星的赤纬为+89°19′8″(J2000时期为+89°15′51.2″)。因此，它总是在天空中以比1度高的精度出现在北方，并且它相对于真实地平线的角度(在折射和其他因素校正之后)等于观测者的纬度会大于1度。在2100年，北极星将会是最接近天极的恒星，不过之后它将会慢慢得远离天极（天极是地球的自转轴（地轴），向天球延伸后，在无穷远处与天球交会的两个假想点）。
由于岁差（以及恒星的自行），北极星的“宝座”在遥远的过去（和遥远的未来）会从一个恒星传递到另一个恒星。在公元前3000年，“北极星的‘宝座’”由天龙座中微弱的右枢星来“坐镇”。其目视星等为3.645（4等恒星），因此它的亮度只有北极星的五分之一，如果是今天，那么它在被轻度污染的城市天空中是看不见的。
在公元前1千年，北极二(“Kochab”)是最接近天极的明亮恒星，但是它的距离还不够近，因此不能作为天极点的标志，公元前320年的希腊航海家皮西亚斯（Pytheas）把天极描述为没有恒星。在罗马帝国时代，北极星和北极二（帝星）与天极之间的距离大致相等。
一个法国的"航海球"：一种在海上航行所使用的天球仪。图：User Chevassu
岁差大约需要25770年才能完成一个循环（周期）。北极星的平均位置（考虑到进动和自行）将在2102年2月达到+89°32′23的赤纬最大点，这相当于天极的北极移动了1657角秒（或0.4603度）。在2100年3月24日，其最大赤纬（考虑到章动和光行差）将达到+89°32’50.62”，即距天体北极约为1629角秒（或0.4526度）。
接下来的进动（岁差）将北天极指向北天球中仙王座的恒星。到公元3000年，极点将漂移到等距于北极星和少卫增八（“Errai”）之间的空间，大约在公元4200年左右，少卫增八将达到与北天极最接近的位置。天钩八和上卫增一_(紫微左垣)将在大约公元5200年左右“站在”北天极的两侧。然后在公元7500年左右与更明亮的恒星天钩五（“Alderamin”）达到更靠近的位置。
然后，进动（岁差）将把北天极的位置指向北天球天鹅座的恒星。公元10000年，天鹅座第一亮星（1等恒星）-天津四将在北极的7度范围以内，天鹅座的3等恒星-天津二将在公元11500年左右成为一颗极星。岁差将会把北天极的位置指向离天琴座更近的地方，在那里，北天半球第二亮的恒星（0等恒星）-织女星，将在公元13700年左右成为一颗极星。
岁差的作用最终将北天极指向武仙座中恒星的附近，公元18400年左右它将指向的是恒星七公二。然后天极将返回到天龙座（右枢，上面提到）中的恒星，然后再返回到目前的小熊座。大约在公元27800年，当“目前的北极星”再次成为北极星时，由于它的自转，北极星将比现在离北天极更远，而在公元前23600年，北极星的位置是更靠近北极的。
在地球26000年的轴向进动周期的过程中，北天球区域有一系列明亮而肉眼可见的恒星（肉眼能看最暗星等约为+6；满月约为-12.9），它们将暂时拥有极星这一称号。虽然其他恒星可能在26000年周期中与北天极靠得很近，但它们并不一定满足作为对基于地球的观察者来说北极的有用指示器所需的肉眼极限，这一结果导致了周期中没有明确定义极星的时间段。在这个周期中，当明亮的恒星仅给出“北”的近似引导时，也会有一些周期，因为它们可能大于直角对准北角的5度角直径。
