关于天体结构，曾有三种学说，即宣夜说，廿天说，浑天说。浑天说认为天是一个圆球，把地包在球中，圆球不停转动。此说近于实际，故为史官所用。

浑天说的代表人物，是东汉的太史令张衡。他不但是有名的文学家和反谶纬的思想家，也是杰出的科学家。张衡在西汉天文学家落下，耿寿晶等人创造的浑天仪的基础上，设计了一种（漏水转浑天仪）。这种浑天仪于顺永建五年前创制，是早期的浑天仪。

浑天仪是用精铜铸成的球体模型。它利用齿轮，带动浑象绕轴旋转，并使浑象的转动与地球的周日运动相等，这样就可以把当时肉眼能观测到的天体现象，几乎全部表示出来。人们坐在屋里看仪器，可以清楚地观察到日月星辰起落的现象，这在当时确是一项了不起的创造。后来，在此基础上，先后经过唐代僧一行，未代张思训和苏颂等人的改进，制造了世界上最早天文钟，在中国科技史上又写上了光辉的一笔。



到了唐贞观七年，天文学家李淳风在东晋史官丞南阳孔挺所造的（两重环铜浑仪）的基础上，增加了三辰仪，把两重环改为三重环，成为一架比较完备的浑仪，称为（浑天黄道仪）。三重环分别为:一，外重环，包括地平环，子午还，赤道环，总为（六合）;二，中间重环，包括黄道环，赤道环，白道环，总称为（三辰仪），各环之间的相对位置固定，而整个环组则可以绕轴旋转;三，内重环，包括极轴，赤经只环，窥管，总称为（四游仪）。唐代以后所造的浑天仪，基本上与李淳风的浑天仪相似，只是规环或零部件有所增减而已。从北未开浆，浑天仪渐渐简化，到了元代，郭守敬更进行彻底改革，创制出（简仪）。现时陈列在中国科学院紫金山天文台的一具浑天仪，为明英完正统二年到七年间仿制而成的。左图为北京古观象台，当中位于中间的是建于明正统七年的浑天仪。