站在地球上遙望無邊無際的天空，就會發現在地平線之上整個天空呈蔚藍色，好似一個巨大的半球籠罩在地平面之上。我們平時見到的一切天體（太陽、月球、夜間的繁星等）都像是嵌在這個巨大的半球之上。無論我們站在地球上哪個地方，總好像是在這個巨大的半球的中心。這時我們的眼睛就無法判斷哪些天體離我們近些，哪些遠些。實際上各種天體在距離上的差別是十分巨大的，而且和地面物體相比都極其遙遠，必須用光年來計算（光年是光走一年的距離，相當於94.6×1010公里）。在這種情況下，人們的頭腦中就認為一切天體似乎都是一樣遙遠的，想象它們都分佈在一個假想的圓球的表面之上。日月星辰的東昇西落表明這個球面不但北半球有，南半球也有。人眼只能觀察到它的一半（即半個球面）。這半球形的天空稱為天穹。兩個半球合起來就是天球。
我們所說的天空，實際上就是我們居住的宇宙。天空看起來像球面，不妨就把宇宙也看作球體，以地為中心，以無窮大為半徑，這樣就把過去、現在、將來所能觀測到的宇宙空間都包括進去了。無論天體是如何遙遠，都可以在天球上找到它自己的投影，這就是我們在天空中看到的恆星、行星、衛星、星座、星系和星雲等等。
那麼怎樣來確定天體的位置呢？就和地球上一樣，地球有自己的地理座標系，二極點和赤道、經度和緯度保證了這一地點只有它自己的地理座標，與其它地方都不一樣。在天球上也一樣，也可以建立類似的座標系、使得投影在天球上的每一個天體都有自己的座標，和別的天體區別開來。
天球座標繫有好幾種。其中之一就是把地理座標無限延伸而成的赤道座標系。
設想把地軸向北、向南無限延伸，與天球交於二點，就是天北極、天南極；把赤道面無限擴大，與天球相割，就是天赤道。有了這二點一面，就可以建立天球座標。透過二極的大圈是赤經圈，平行於天赤道的是赤緯圈，赤經起點為春分點，向東從0°～360°，赤緯以天赤道為起點（0°），向北為正，向南為負，到二極點均為90°。
晴夜，特別是在無月光的情況下，可以在天空中看到一條白茫茫的光帶，僅憑肉眼是無法判斷它是由無數的光點組成的，所以人們形象地稱之為銀河。它由2000多億顆恆星組成，太陽就是其中之一。太陽和九大行星等共同構成太陽系，又與這2000多億顆恆星共同構成銀河系。銀河系與其它一些星系如大麥哲倫星系、小麥哲倫星系等構成本星系群。更多的星系又構成星系團。現在已知的星系團就有2700多個。比星系團更大的就是總星系，它是人類目前所能探知的全部宇宙空間，直徑約有120億光年之遙。可以相信，隨著現代科學的日益發展，無限的宇宙終將越來越多地被人們所認識。
