首先，随着地球的公转，夜空中某些星星的排列其实会发生明显变化，它们就是太阳系中的行星。由于地球和其他行星都会环绕太阳公转，并且它们的距离较近，所以行星在夜空中的相对位置会随时间发生明显的变化，行星会在不同的星座中穿行。肉眼可见的行星只有五颗，其中包括人们常说的启明星，也就是出现在日出之前的金星。

除了五颗太阳系行星之外，夜空中的星星都是远在太阳系外的恒星。虽然它们的实际亮度可能高于太阳，但它们距离太远，所以人眼无法分辨出它们的细节，它们看起来只是亮点。

在地球公转的过程中，恒星之间的相对位置并不会发生肉眼可见的变化。这是因为恒星离我们太远了，都在数十万亿公里（数光年）之外，它们的视差太小了。即便是在太阳系的其他行星上，观测者所看到的星空也不会有什么区别。

不过，距离较近的那些恒星视差是可以测量出来。通过观测恒星在半年里相对于背景星空的偏移量，可以测出恒星视差角。由于日地距离是已知的，根据三角函数就能计算出恒星的距离，这就是最早的恒星测距方法——三角视差法。

另一方面，随着太阳系在银河系中的运动，其他恒星会相对于太阳系运动，使得它们在夜空中的相对位置发生永久性变化。只是这种变化很小，在短时间内很难看出来。

除非像巴纳德星这样具有极快自行运动的恒星，它每年相对于背景星空的位置变化会很显著。这颗恒星目前离我们大约6光年，它正以每秒143公里的速度朝着太阳方向高速运动。在大约1万年后，它会运动到距离我们只有3.8光年的地方。
但对于大部分的恒星，它们的自行运动很慢，相对位置变化并不明显。只有经过数千年的时间，夜空中的星座才会有较大的变化，以下是大熊座（北斗七星所在的星座）、猎户座以及南十字座随时间的变化：
，北斗七星在10万年后会完全变样。猎户座的盾牌部分只有在最近数千年才看起来像盾牌，而在数万年前或者数万年后，盾牌的形状完全不成样子。南十字座在5万年前也是呈现为十字形，但在5万年后，十字形不复存在。

另外，超新星爆发也会在较短的时间内改变星座。例如，猎户座的参宿四，天蝎座的心宿二，它们都有可能在不远的将来爆发成超新星，从而使星座完全发生变化。