恒星在一年内沿着垂直于视线方向走过的距离对观测者所张的角度，其单位为角秒/年。1718年，哈雷把他当时观测所得的恒星位置同喜帕恰斯和托勒密的观测结果作比较，发现恒星的位置有显著的变化，首次指出了所谓恒星不动的概念是错误的。实际上，恒星在空间是运动的。观测到的恒星运动包括：①恒星的真正的运动，又称为本动；②太阳运动引起的视运动，又称视差动。恒星自行是很小的，一般小于每年0".1。只有400多颗恒星的自行等于或大于每年1"，巴纳德星的自行最大，为每年10".31。

引起恒星位置变化的原因，除自行外，还有岁差（见岁差和章动）。这两项加在一起，称为恒星的年变。利用子午环可以精确地测定恒星位置，比较在不同历元对恒星位置的观测，可以求得恒星的年变。除去岁差的影响，即可求得绝对自行。恒星位置的变化与相隔时间成正比。由于变化缓慢，往往需要根据相隔50～100年的观测资料，才能精确地测定自行。用这种方法，目前只能测定亮于9等的恒星自行。不同的基本星表有不同的自行系统，常用的有GC、FK3和N30等星表的自行系统，它们的平均误差在每年0".005～0".010之间。更暗的恒星自行，要用照相方法测定。对同一天区、用同一照相望远镜、相隔20～40年拍摄的两张底片进行比较，便可获得所谓的相对自行。经过改正，可把相对自行换算为绝对自行。目前所有亮星和许多暗星的自行已经精确测定，如史密森星表（SAO）有约26万颗星的自行；AGK3星表有约18万颗星的自行，星等为8～12等。

二十世纪四十年代末，开始求相对于河外星系的绝对自行。星系很遥远，自行不会达到每年0".0001，因此，暗的星系可以构成稳定的、不动的惯性参考系。美国利克天文台在五十年代初，测量15～17等恒星的自行，利用20英寸折光望远镜进行了第一期观测，现在正在进行第二期观测，先后相隔20～25年。苏联也有类似的计划。七十年代初，甚长基线射电干涉测量技术（见甚长基线干涉仪）开始用于精确测定射电源的位置，由此也可获得自行。如果利用近年来计划发射的天体测量卫星测定恒星自行，则相隔二、三年的观测结果，其精度至少可与地面相隔五十年的相当；如观测时间相隔十至二十年，所得的精度会远远高于地面观测的。这种方法将对自行的测定产生深远的影响。