Siguiendo estimaciones del US Geological Service sobre cómo se deslizó la falla responsable del terremoto, el científico Richard Gross del Jet Propulsion Laboratory de la NASA, en Pasadena, California, aplicó un modelo complejo para realizar un cálculo teórico preliminar de cómo el terremoto de Japón afectó a la rotación terrestre.

   Sus cálculos indican que al cambiar la distribución de la masa de la Tierra, el terremoto de Japón debe haber causado que la Tierra gire un poco más rápido, acortando la duración de la jornada cerca de 1,8 microsegundos (un microsegundo es la millonésima de segundo).  

  Los cálculos también indican que el sismo de Japón debería haber cambiado la posición del eje de la Tierra (el eje alrededor del cual se equilibra la masa de la Tierra) en cerca de 17 centímetros, en dirección 133 grados longitud este. Este cambio en el eje hará que la Tierra se tambalee de forma un poco diferente a medida que gira, pero no va a causar un cambio en el eje de rotación en el espacio, ya que solo la atracción gravitatoria del sol, la luna y los planetas pueden hacer eso.    En comparación, sobre el terremoto de magnitud 8,8 en Chile, Gross estimó que debería haber acortado la duración del día en cerca de 1,26 microsegundos y cambió el eje de la Tierra en alrededor de 8 centímetros. Un cálculo similar realizado después del terremoto de magnitud 9,1 de 2004 en Sumatra reveló que debería haber acortado la duración de la jornada un 6,8 microsegundos y cambió el eje de la Tierra cifra en cerca de 7 centímetros. Cómo afecta un terremoto individual a la rotación de la Tierra es algo que depende de su tamaño (magnitud), la ubicación y los detalles de cómo se deslizó la falla.   

 Gross dijo que, en teoría, cualquier cosa que redistribuye la masa de la Tierra va a cambiar la rotación de la Tierra. "La rotación de la Tierra cambia todo el tiempo como consecuencia no solo de los terremotos, sino también de los efectos mucho más grandes de los cambios en los vientos atmosféricos y las corrientes oceánicas", dijo. "En el transcurso de un año, la longitud del día aumenta y disminuye en alrededor de una milésima de segundo, aproximadamente 550 veces más que el cambio causado por el terremoto de Japón. La posición de la figura del eje de la Tierra cambia todo el tiempo, en alrededor de un metro a lo largo de un año, aproximadamente seis veces más que el cambio que debe haber sido causado por el terremoto de Japón".

   Gross dijo que si bien podemos medir los efectos de la atmósfera y el océano en la rotación de la Tierra, los efectos de los terremotos, por lo menos hasta ahora, han sido demasiado pequeños para ser medidos. El cambio computado en la duración del día causado por los terremotos es mucho menor que la precisión con la que actualmente los científicos pueden medir los cambios en la duración de la jornada. Sin embargo, dado que la posición del eje se puede medir con una precisión de unos 5 centímetros, el desplazamiento de unos 17 centímetros en el eje por el terremoto de Japón en realidad puede ser lo suficientemente grande como para observar si los científicos pueden eliminar adecuadamente los efectos más grandes de la atmósfera y el océano de las mediciones de la rotación de la Tierra.  

  Gross dijo que los cambios en la rotación de la Tierra y el eje causados por los terremotos no deberían tener ningún impacto en nuestra vida cotidiana. "Estos cambios en la rotación de la Tierra son perfectamente naturales y suceden todo el tiempo", dijo. "La gente no debe preocuparse por ellos."