Radeći na svojoj „Matematičkoj teoriji klime“, Milanković se osvrnuo i na fenomen koji su mu Alfred Vegener i Beno Gutenberg sugerisali da prouči. Taj novi problem odnosio se na sekularna pomeranja polova rotacije.
„Krajem 1927., dobio sam od B. Gutenberga poziv da sarađujem na njegovoj knjizi „Priručnik geofizike“. Prihvatio sam da za prvu svesku „Zemlja kao planet“ uradim tri međusobno odvojena poglavlja – „Položaj i kretanje Zemlje u vasioni“, „Obrtna kretanja zemlje“ i „Sekularna pomeranja polova“.“
I dok je prva dva poglavlja izradio brzo, služeći se modernim oruđem vektorske analize koje je razvio, oko trećeg geofizičkog problema „Sekularna pomeranja polova“ iskrsle su brojne prepreke i nepoznanice koje je trebalo otkriti. U ovom „geofizički vrlo važnom problemu, stajala su tada u potpunoj suprotnosti učenja deskriptivnih prirodnih nauka i egzaktnih nauka. Deskriptivna nauka je raspolagala neoborivim dokazima da je položaj polova u prošlosti bio drugačiji nego danas, ali egzaktna nauka je bila bespomoćna, jer njene teorije nisu mogle da pronađu uzrok za velika pomeranja Zemljinih polova i objasne njihov mehanizam.“
U ovom, kao i u slučaju odgonetanja uticaja astronomskih faktora na klimu naše planete, pokazalo se da podela nauka na njihove specijalne oblasti predstavlja svojevrstan problem, i da se u cilju rešavanja postavljenog problema mora uspostaviti most koji spaja relevantne naučne oblasti.
„Morao sam, dakle, pre nego što sam se odvažio da pristupim rešavanju postavljenog problema, da kao nebeski mehaničar pođem u školu za geofizičare. Ovde je moj učitelj bio Alfred Vegener. Proučavanje njegovih naučnih radova i više razgovora s njim, zbližilo me je s geofizičkim činjenicama, koje su inače jednom matematičaru i nebeskom mehaničaru malo poznate.“
Kada je detaljno proučio sastav Zemljine kore i izostazijsko oslanjanje kontinentalnih ploča na njihovu podlogu (deo Zemljine kore koji treba smatrati čvrstim i koji se u ravnoteži uranjanja oslanja na deo ispod njega, Milanković naziva izostazijskim pokrivačem Zemlje, a deo ispod njega njegovom fluidalnom podlogom), izveo je dokaz da dinamička asimetrija Zemljinog tela, prouzrokovana kontinentalnim pločama koje štrče iz svoje podloge u koju su ravnotežno uronjene, mora imati za posledicu sekularno pomeranje polova. Time je „dobijena osnovna teorema u pogledu pomeranja polova, koja se u literaturi označava mojim imenom i iz koje se mogu izvesti i matematički predstaviti sve dalje pojedinosti ove pojave.“
Istrajnost u ovom istraživanju urodila je plodom. Zajedno sa svojim kolegom A. Bilimovićem došao je do konačnog rezultata. Matematički je odredio pozicije polova od -∞ do današnjice i od današnjice do +∞. Kroz ovo istraživanje upoznao se s prošlošću i budućnošću kontinenata i okeana Zemlje. U svom komentaru istorije polova rotacije objavljenom u Kanonu osunčavanja Zemlje, Milanković kaže:
„Sekularna putanja Zemljinog severnog rotacionog pola pokazuje da se ovaj pol pre beskrajno dugog vremenskog intervala nalazio daleko u Tihom okeanu, na severnoj geografskoj širini od okruglo 20° i zapadnoj geografskoj dužini od okruglo 168° današnje mreže meridijana i uporednika. Ta tačka predstavlja labilan položaj ravnoteže polova rotacije, koji je morao biti napušten pri najmanjem poremećaju te ravnoteže, a takvih poremećaja je u prošlosti bilo mnogo. Uprkos tome, trebalo je da prođe mnogo vremena dok se pol osetno udaljio od tog svog početnog položaja, jer je u okolini njegovoj gradijent polja inercionog momenta izuzetno mali, pa prema tome i brzina kretanja pola neznatna.“
Kada je severni pol napustio svoj početni položaj, prema proračunima Milankovića, kretao se najpre na istok, da bi zatim skrećući postepeno, krenuo na sever pri čemu se brzina njegovog kretanja povećavala dostigavši maksimum na geografskoj širini od 64°. „S nešto smanjenom brzinom pol prelazi severozapdni ugao američkog kontinenta i krećući se brzinom koja i dalje opada dostiže sadašnji položaj“. U budućnosti, „severni pol će se stalno opadajućom brzinom približavati krajnjoj tački svoje putanje na severnoj geografskoj širini od 65°16’ i istočnoj geografskoj dužini od 49°34’ koja leži u blizini ušća reke Pečore, da bi tek posle beskonačno dugog vremena ovamo stigao.“
Približavanje severnog pola obalskim delovima Sibira omogućiće veće širenje lednika i njihov nesmetani prodor ka južnim tačkama na kopnu. To će se, prema proračunima Milankovića, dogoditi u narednih 10 do 15 miliona godina. Njegovi proračuni kretanja Zemljinih rotacionih polova potvrđeni su brojnim geološkim istraživanjima.
Teorijom o pomeranju Zemljinih polova rotacije doprineo je objašnjenju zašto između permokarbona i pliokvartara nije bilo ledenih doba. Svojim složenim matematičkim proračunima, Milanković je, uzevši u obzir sve osobine Zemljinog tela, ustanovio da ona, usled nepravilnosti kore koju sačinjavaju kontinenti i okeani, ne miruje na svojoj fluidalnoj podlozi. Zemljina čvrsta kora, koju čine kontinenti i dna mora pod dejstvom centrifugalnih sila, biva postepeno pomerana, tj. „vučena“ preko podloge, što za posledicu ima prividno pomeranje Zemljinih polova rotacije po njenoj površi. Tim kretanjem se ne menjaju klimatske zone na planeti, već se one pomeraju po Zemljinoj površini prateći „kretanje“ polova. Kasnija nova saznanja dobijena kroz brojne međunarodne projekte, među kojima se ističe Međunarodni projekat „Globalni biološki događaji u Zemljinoj istoriji (IGBP 216)“, ukazala su, ne umanjujući značaj Milankovićevog doprinosa, na istovremene uticaje više faktora na složeni dinamički klimatski sistem Zemlje, koji su u dugom geološkom vremenu menjali „lice Zemlje“.
