A trajetória de uma partícula fica definida pela escolha de um sistema de referência (ou referencial, por brevidade). Referencial é uma construção abstrata, um sistema de três eixos que permitem indicar as posições da partícula. Os três números que especificam cada posição da partícula são chamados de coordenadas de posição da partícula nesse referencial.
Por exemplo, num certo referencial R, com eixos X, Y e Z, as coordenadas da posição P de uma dada partícula, num dado instante de tempo, são x, y e z.
A escolha de um referencial é arbitrária. O movimento de uma dada partícula é diferente em diferentes referenciais. Em outras palavras, a trajetória, a velocidade e a aceleração em cada posição ocupada pela partícula são diferentes em diferentes referenciais. De modo geral, os fenômenos físicos transcorrem de modo diferente em diferentes referenciais e, justamente por isso, existe a possibilidade de distinguir os referenciais uns dos outros.
Uma partícula sobre a qual não atua qualquer força ou, se atuam forças, estas têm resultante nula, é chamada de partícula livre. A primeira lei de Newton afirma a existência de referenciais especiais nos quais as partículas livres estão paradas ou em movimentos retilíneos e uniformes. Tais referenciais são chamados de referenciais inerciais.
Por isso, qualquer referencial que se desloque com velocidade constante em relação a um referencial inercial é, ele também, um referencial inercial e qualquer referencial que não se desloque com velocidade constante em relação a um referencial inercial não pode ser um referencial inercial.
Dessa maneira, a questão que permanece é a de identificar, na prática, pelo menos um referencial que seja inercial. Uma vez identificado um referencial inercial, podemos determinar se qualquer outro referencial é ou não inercial.
Para identificar um referencial inercial podemos pensar em realizar um experimento com uma partícula livre. Se, no referencial escolhido para descrever seu movimento, a partícula está em repouso ou em movimento retilíneo uniforme, de acordo com a primeira lei de Newton, este referencial é certamente inercial. O problema é isolar uma partícula ou detectar todas as forças que atuam sobre ela para garantir que seja realmente livre.
Dentre as estrelas que estão sendo observadas há muitos séculos, as mais distantes da Terra não apresentam movimento relativo umas em relação às outras nas direções perpendiculares à linha de visada. Por isso são chamadas de estrelas fixas.
Pois bem, um referencial em que as estrelas fixas estão em repouso é, sob todos os pontos de vista, um referencial inercial.
Não existe ainda uma explicação física para este fato, mas sabe-se que ele é verdadeiro simplesmente porque ele vem sendo usado há séculos na prática científica sem inconsistências.