تبدو أنماط النجوم والكوكبات في السماء الليلية ثابتةً بالنسبة إلى بعضها خلال حياة الإنسان، لأن النجوم بعيدة جداً وتكون حركاتها الظاهرية بطيئة. ومع ذلك تتحرك النجوم فعلياً داخل مجرة درب التبانة، وتتغير أشكال الكوكبات تدريجياً على مدى آلاف أو عشرات آلاف السنين بسبب ما يُعرف بالحركة الخاصة للنجوم.

تبدو النجوم في السماء الليلية كأنها تدور من الشرق إلى الغرب خلال ساعات الليل، إلا أن هذه الحركة الظاهرية تنتج أساساً من دوران الأرض حول محورها في الاتجاه المعاكس، أي من الغرب إلى الشرق. وتبدو النجوم في المناطق القريبة من القطبين السماويين وكأنها ترسم دوائر حولهما، بينما تشرق نجوم أخرى وتغرب تبعاً لموقع الراصد.

تقع النجوم المرئية بالعين المجردة في السماء الليلية على مسافات تتراوح من بضع سنوات ضوئية إلى آلاف السنين الضوئية، ولذلك يستغرق ضوؤها سنوات أو قروناً أو آلاف السنين للوصول إلى الأرض، لا ملايين السنين في العادة. وتساوي السنة الضوئية نحو ٩.٤٦ تريليون كيلومتر، أما الضوء القادم من مجرات بعيدة مثل أندروميدا فقد يستغرق ملايين السنين.

يحدث تلألؤ النجوم في السماء الليلية نتيجة مرور ضوئها عبر طبقات الغلاف الجوي المتحركة والمتفاوتة في درجة الحرارة والكثافة، فتتغير زاوية انكسار الضوء باستمرار ويبدو النجم كأنه يهتز أو يتبدل سطوعه. ولا يعود هذا التأثير إلى الحرارة وحدها، بل إلى الاضطراب الجوي عموماً، ولذلك يكون التلألؤ أشد قرب الأفق.

الكوكبات هي أنماط ظاهرية من النجوم تُستخدم لتقسيم السماء وتسهيل تحديد مواقع الأجرام السماوية. ورغم أن النجوم التي تكوّن الكوكبة تبدو مترابطة عند النظر إليها من الأرض، فإنها في الحقيقة تقع على مسافات مختلفة جداً عن بعضها بعضاً، ولا يجمعها في العادة ارتباط فيزيائي مباشر.