À un point de la surface de Mercure, un observateur verrait au cours d'un jour mercurien le Soleil se lever et monter jusqu'au zénith pour s'arrêter, puis revenir en arrière et s'arrêter de nouveau avant de repartir dans le sens « normal ». Ce phénomène s'explique par la variation de la vitesse orbitale de Mercure.

Quatre jours avant le périhélie, la vitesse orbitale de Mercure est égale à sa vitesse de rotation ; le mouvement du Soleil semble s'arrêter. Puis au périhélie, la vitesse orbitale de Mercure excède la vitesse de rotation et le Soleil semble alors avoir un mouvement rétrograde. Quatre jours après le périhélie, le Soleil reprend un mouvement apparent normal.

Avant 1962, les astronomes pensaient que Mercure était synchronisée avec le Soleil par effet de marrée, présentant toujours la même face au Soleil (la période de rotation étant égale à la période de révolution, ou « un an égal un jour »). En 1965, des observations par radar à effet Doppler ont permis de révéler que la période de rotation de Mercure est en fait exactement égale aux 2/3 de sa révolution autour du Soleil (ce qu'on appelle une résonance 3:2). Pour garder une telle période de rotation en étant aussi proche du Soleil, Mercure dispose d'une orbite elliptique inclinée de 7°, ainsi qu'une forte excentricité. La raison pour laquelle les astronomes pensaient que Mercure était synchronisé par effet de marrée était qu'à chaque fois que Mercure était la mieux placée pour être observée, elle se trouvait toujours sur le même point de sa résonance orbitale 3:2, montrant ainsi la même face ; ce qui serait aussi le cas si elle était totalement synchronisée avec le Soleil.

Mercure tourne 59 fois moins vite que la Terre.

En raison de sa résonance 3:2, bien qu'une journée sidérale (la période de rotation) dure environ 58,7 jours terrestres, le jour solaire (durée entre deux retours successifs du Soleil au méridien local) dure 176 jours terrestres.

Mercure a une orbite très excentrique, son rayon variant de 46 à 70 Gm.

La lente précession de cette orbite autour du Soleil ne pouvait pas être entièrement expliquée par la mécanique newtonienne, et à une époque il était pensé qu'une autre planète du nom de Vulcain - imaginée par Urbain Le Verrier, découvreur de Neptune - ou qu'une ceinture d'astéroïdes était présente à une distance plus proche du Soleil pour expliquer ces perturbations (influant sur Mercure grâce à son champs gravitationnel). C'est la théorie de la Relativité Générale d'Albert Einstein qui, en 1916, leva le mystère du mouvement de Mercure.

Des recherches ont révélé que l'excentricité de l'orbite de Mercure variait chaotiquement de 0 (orbite circulaire) à une valeur très importante de 0,45 sur plusieurs millions d'années. [Nature, 24 juin 2004] C'est ce qui pourrait expliquer la résonance 3:2 de Mercure (plutôt que 1:1), car on s'attend plutôt à rencontrer cet état pendant une période où l'orbite a une forte excentricité.