La nutation est un balancement périodique de l'axe de rotation de la Terre autour de sa position moyenne, qui s'ajoute à la précession. Il a été découvert en 1748 par l'astronome britannique James Bradley en observant l'étoile Gamma Draconis (Eltanin) en vue de déterminer sa parallaxe. Due à l'attraction conjuguée du Soleil et de la Lune, la nutation se traduit par une oscillation de l'axe de rotation de la Terre pouvant aller jusqu'à 17,2″ (secondes d'arc) avec une période de 18,6 ans, qui est égale à celle de la précession du nœud ascendant de l'orbite lunaire. Le pôle vrai dessine alors autour du pôle moyen une ellipse dont le grand axe mesurant 9,21″ est dirigé vers le point vernal. Classiquement, la nutation est composée de deux éléments :

Nutation en longitude : décrivant l'oscillation du point vernal vrai autour du point vernal moyen,
Nutation en obliquité : décrivant l'oscillation de l'équateur vrai autour de l'équateur moyen.
Les catalogues d'étoiles donnent habituellement les coordonnées astrométriques des étoiles. Celles-ci sont les coordonnées moyennes à une époque T fixée. Si on désire avoir les coordonnées vraies à une autre époque, on doit corriger ces coordonnées en tenant compte de la précession pendant la durée s'écoulant entre les deux époques, puis corriger ces coordonnées moyennes « corrigées » en ajoutant l'effet de la nutation. Ce graphe offre une vue 3D du système solaire jusqu'à Mars.
L'observateur occupe une position fixe derrière la Terre.

Le plan de l'écliptique, en rouge, ne tourne pas, c'est la Terre qui tourne autour du Soleil dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
Du fait de sa position fixe derrière la Terre, l'observateur a l'illusion de voir le plan de l'écliptique tourner dans le sens des aiguilles d'une montre.

Il a aussi l'impression de voir Mars tourner dans le sens inverse des autres planètes.
Mars tourne dans le même sens, mais plus lentement que la Terre.
Elle semble donc reculer.

L'orbite