Le référentiel est un concept nécessaire pour décrire le mouvement de façon cohérente. Il est impossible de parler de mouvement sans avoir préalablement défini un référentiel par rapport auquel ce mouvement est observé, car un objet peut être en mouvement par rapport à un premier référentiel et parfaitement immobile par rapport à un autre. Par exemple, une personne assise dans un train en marche est immobile dans le référentiel du wagon, mais elle se déplace à grande vitesse dans le référentiel du sol. De même, un passager marchant dans le couloir de ce train aura un mouvement complexe dans le référentiel du sol, combinant sa propre marche et la vitesse du train.

En mécanique classique, certains référentiels sont privilégiés car ils possèdent des propriétés particulières. 

• Le référentiel galiléen, aussi appelé référentiel inertiel, est un référentiel dans lequel le principe de l'inertie s'applique : un point matériel isolé persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme. Les référentiels galiléens sont en translation rectiligne uniforme (c'est-à-dire sans accélération) les uns par rapport aux autres. Les lois du mouvement de Newton s'appliquent de manière simple dans un référentiel inertiel. 

• Un référentiel non inertiel, par opposition, est un référentiel dans lequel un objet subit une accélération en l'absence de forces externes équilibrantes. Par exemple, un observateur à l'intérieur d'un ascenseur en chute libre ressent une force apparente vers le haut, bien que l'ascenseur et tout ce qu'il contient soient en fait en chute libre. Dans un tel cas, les équations formulant les lois de la physique sont modifiées pour tenir compte de cette accélération. 

• Le référentiel terrestre est lié à la Terre. Son origine est un point à la surface de la Terre et ses axes pointent vers des directions fixes par rapport à la Terre. Pour de nombreuses expériences de la vie quotidienne, ce référentiel est considéré comme galiléen, bien qu'il ne le soit pas rigoureusement à cause de la rotation de la Terre.

• Le référentiel géocentrique a son origine au centre de la Terre et ses axes pointent vers des étoiles lointaines considérées comme fixes. Il est mieux adapté pour l'étude du mouvement des satellites terrestres.

• Le référentiel héliocentrique (ou de Copernic), a son origine au centre du Soleil et ses axes dirigés vers trois étoiles éloignées. C'est le référentiel privilégié pour l'étude du mouvement des planètes du Système solaire.

La trajectoire d'un point matériel, c'est-à-dire l'ensemble des positions successives qu'il occupe, dépend directement du référentiel choisi. Une même particule peut avoir une trajectoire rectiligne dans un référentiel et une trajectoire curviligne dans un autre. De même, les vecteurs vitesse et accélération d'un objet sont des grandeurs relatives qui dépendent entièrement du référentiel d'observation. Ainsi, lorsqu'on passe d'un référentiel à un autre en mouvement relatif, les grandeurs physiques telles que la position, la vitesse, l'accélération, le temps, etc., peuvent se transformer. La transformation de Galilée s'applique dans le contexte de la mécanique classique; qui considère que le temps est absolu et s'écoule de la même façon dans tous les référentiels. Cela n'est plus le cas dans le contexte de la relativité restreinte on recourt à la transformation de Lorentz.