春秋時(shí)期(公元前770～前476年)，中國(guó)天文學(xué)處于從一般觀察到數(shù)量化觀察的過(guò)渡階段。《禮記·月令》雖是戰(zhàn)國(guó)晚期的作品，但據(jù)近人考證，它所反映的天象是公元前600年左右的現(xiàn)象，應(yīng)能代表春秋中葉的天文學(xué)水平。它是在二十八宿產(chǎn)生以后，以二十八宿為參照物，給出每月月初的昏旦中星和太陽(yáng)所在的位置。它所反映的天文學(xué)水平要比《夏小正》所述的高得多。
同時(shí)，記錄這一段歷史的《春秋》和《左傳》，都載有豐富的天文資料。從魯隱公元年(公元前722年)到魯哀公十四年(公元前481年)的242年中，記錄了37次日食，現(xiàn)已證明其中32次是可靠的。魯莊公七年(公元前687年)“夏四月辛卯夜，恒星不見(jiàn)。夜中，星隕如雨”，這是對(duì)天琴座流星雨的最早記載。魯文公十四年(公元前613年)“秋七月，有星孛入于北斗”，這應(yīng)該是關(guān)于哈雷彗星的最早記錄。
大概在春秋中葉(公元前600年左右)，我國(guó)已開(kāi)始用土圭來(lái)觀測(cè)日影長(zhǎng)短的變化，以定冬至和夏至的日期。那時(shí)把冬至叫作“日南至”，以有日南至之月為“春王正月”。
中國(guó)科學(xué)史專家錢(qián)寶琮的研究認(rèn)為：《左傳》里有兩次“日南至”的記載，間距為133年。在這133年中，記錄閏月4日次，失閏1次，共計(jì)應(yīng)有49個(gè)閏月，恰合“十九年七閏”。又兩次“日南至”之間的天數(shù)為809個(gè)甲子周期又38日，即48578日，合一年為：365又33/133日。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)取尾數(shù)為四分之一。凡以這個(gè)數(shù)字為回歸年長(zhǎng)度的歷法，就叫作“四分歷”。
在漢武帝改歷以前所用的古代六種歷法(黃帝歷、顓頊歷、夏歷殷歷、周歷、魯歷)都是四分歷；之所以有不同的名稱或因行用的地區(qū)不同，或因采用的歲首不同；名稱并不代表時(shí)間的先后，它們大概都是戰(zhàn)國(guó)時(shí)期創(chuàng)制的。因?yàn)閼?zhàn)國(guó)時(shí)期的四分歷采用一年為365.25日，而這也正是太陽(yáng)在天球上移動(dòng)一周所需的時(shí)間(實(shí)際上是地球運(yùn)動(dòng)的反映)，所以中國(guó)古代也就規(guī)定圓周為365.25度。太陽(yáng)每天移動(dòng)一度，這個(gè)規(guī)定構(gòu)成中國(guó)古代天文學(xué)體系的一個(gè)特點(diǎn)。
隨著觀測(cè)資料的積累，戰(zhàn)國(guó)時(shí)期已有了天文學(xué)的專門(mén)著作，齊國(guó)的甘公(甘德)著有《天文星占》八卷，魏國(guó)的石申著有《天文》八卷。這些書(shū)雖然都屬于占星術(shù)的東西，但其中也包含著關(guān)于行星運(yùn)行和恒星位置的知識(shí)，所謂《石氏星經(jīng)》即來(lái)源于此。
春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，各諸侯國(guó)都在自己的王公即位之初改變年號(hào)，因此各國(guó)紀(jì)年不統(tǒng)一。這對(duì)各諸侯國(guó)的政治經(jīng)濟(jì)、文化交流十分不便。于是有人設(shè)計(jì)出一種只同天象聯(lián)系，而與人間社會(huì)變遷無(wú)關(guān)的紀(jì)年方法，這就是歲星紀(jì)年法。歲星即木星，古人認(rèn)為它的恒周期是十二年。因此，若將黃、赤道帶分成十二個(gè)部分，稱為十二次，則木星每年行經(jīng)一次。這樣，就可以用木星每年行經(jīng)的星次來(lái)紀(jì)年。歲星紀(jì)年法后來(lái)不斷演變，到漢以后就發(fā)展成為干支紀(jì)年法。
戰(zhàn)國(guó)時(shí)期(公元前476～前221年)的巨大社會(huì)變革和百家爭(zhēng)鳴的局面，促進(jìn)了天文理論的發(fā)展。此時(shí)關(guān)于氣是萬(wàn)物本原的觀念，后來(lái)影響到天文學(xué)理論的許多方面。
這期間的許多著作中都提到了天文學(xué)的內(nèi)容，如《莊子·天運(yùn)》和《楚辭·天問(wèn)》提出一系列問(wèn)題，而且問(wèn)得很深刻。例如，宇宙的結(jié)構(gòu)怎樣？天地是怎樣形成的？等等。
為了回答第一個(gè)問(wèn)題，出現(xiàn)了蓋天說(shuō)，先是認(rèn)為“天圓如張蓋，地方如棋局”，后來(lái)又改進(jìn)成為“天似蓋笠，地法覆磐”。關(guān)于第二個(gè)問(wèn)題，從老子的《道德經(jīng)》和屈原的《天問(wèn)》中所述及的內(nèi)容來(lái)看，大概在戰(zhàn)國(guó)時(shí)代已有了回答。但是，明確而全面的記載則始見(jiàn)于漢代的《淮南子》(約成書(shū)于公元前140年)?！痘茨献印ぬ煳挠?xùn)》一開(kāi)頭就講天地的起源和演化問(wèn)題，認(rèn)為天地未分以前，混沌既分之后，輕清者上升為天，重濁者凝結(jié)為地；天為陽(yáng)氣，地為陰氣，二氣相互作用，產(chǎn)生萬(wàn)物。
《淮南子》這部著作，不但匯集了中國(guó)上古天文學(xué)的大量知識(shí)，而且第一次把天文學(xué)作為一個(gè)重要的知識(shí)部門(mén)，專立了一章來(lái)敘述，把樂(lè)律和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)附在其中，對(duì)后來(lái)的著作有一定影響。
戰(zhàn)國(guó)以后，與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有密切關(guān)系的二十四節(jié)氣也在逐步形成，它們的完整名稱也始見(jiàn)于《淮南子》。二十四節(jié)氣，簡(jiǎn)稱“氣”，這是中國(guó)古代歷法的陽(yáng)歷成分，而“朔”則是中國(guó)古代歷法的陰歷成分，氣和朔相配合構(gòu)成中國(guó)傳統(tǒng)的陰陽(yáng)歷。
秦統(tǒng)一中國(guó)以后，在全國(guó)頒行統(tǒng)一的歷法——顓頊歷。顓頊歷行用夏正，以十月為歲首，歲終置閏。以甲寅年正月甲寅朔旦立春為歷元，在歷元這一天，日月五星同時(shí)晨出東方。漢承秦制，用顓頊歷，一直沿用到太初年間。
從漢初到漢武帝，經(jīng)過(guò)一個(gè)世紀(jì)的休養(yǎng)生息以后，為了適應(yīng)農(nóng)業(yè)、手工業(yè)和商業(yè)的發(fā)展，漢武帝采取許多重要措施，其中包括歷法改革。他于元封七年(公元前104年)五月頒行鄧平、落下閎等人創(chuàng)制的新歷，改此年為太初元年。新歷因而被后人稱為《太初歷》。
《太初歷》是中國(guó)第一部有完整文字記載的歷法，它的朔望月和回歸年的數(shù)據(jù)雖然不比四分歷精確，但有以下顯著進(jìn)步：以正月為歲首，以沒(méi)有中氣的月份為閏月，使月份與季節(jié)配合得更合理；將行星的會(huì)合周期測(cè)得很準(zhǔn)，如水星為115.87日，比今測(cè)值只小0.01日；采用135個(gè)月的交食周期，一周期中太陽(yáng)通過(guò)黃白交點(diǎn)23次，兩次為一食年，即1食年=346.66日，比今測(cè)值大不到0.04日。
由于太初歷的回歸年和朔望月的數(shù)值偏大，《太初歷》用了188年以后，長(zhǎng)期積累的誤差就很可觀了，于是在東漢元和二年(公元85年)又改用《四分歷》，這時(shí)使用的回歸年長(zhǎng)度雖和古代的四分歷相同，仍為365.25日，但在其他方面則大為進(jìn)步。
在討論《四分歷》期間，賈逵大力宣傳民間天文學(xué)家傅安從黃道測(cè)定二十八宿的距度和日月的運(yùn)行的作法，決然地把冬至點(diǎn)從古四分歷的牽牛初度移到斗21.25度，這是祖沖之發(fā)現(xiàn)歲差的前導(dǎo)。賈逵還確證月球運(yùn)動(dòng)的速度是不均勻的，月球的近地點(diǎn)移動(dòng)很快，每月移動(dòng)三度多。為表示這種變化，他提出“九道術(shù)”，企圖用九條月道來(lái)表示這種運(yùn)動(dòng)(這樣做與五行觀念有關(guān))。
東漢末年，劉洪在《乾象歷》中第一次把回歸年的尾數(shù)降到1/4以下，成為365.2462日，并且確定了黃白交角和月球在一個(gè)近點(diǎn)月內(nèi)每日的實(shí)行度數(shù)，使朔望和日月食的計(jì)算都前進(jìn)了一大步?！肚髿v》還是第一部傳世的載有定朔算法的歷法。
東漢時(shí)代(公元25～220年)，中國(guó)出現(xiàn)一位多才多藝的科學(xué)家，那就是張衡。他以發(fā)明候風(fēng)地動(dòng)儀聞名于世。在天文學(xué)方面，他是渾天說(shuō)的代表人物，主張“天圓如彈丸，地如卵中黃”；并且在耿壽昌所發(fā)明的渾象的基礎(chǔ)上，制成漏水轉(zhuǎn)渾天儀演示他的學(xué)說(shuō)，成為中國(guó)水運(yùn)儀象傳統(tǒng)的始祖。
除了蓋天說(shuō)和渾天說(shuō)以外，比張衡略早的郗萌還提出他先師宣傳的宣夜說(shuō)，這個(gè)學(xué)說(shuō)認(rèn)為并沒(méi)有一個(gè)硬殼式的天，宇宙是無(wú)限的，空間到處有氣存在，天體都漂浮在氣中，它們的運(yùn)動(dòng)也是受氣制約的。
兩漢時(shí)期對(duì)天象觀察的細(xì)致和精密程度，令人十分驚嘆。1973年在湖南長(zhǎng)沙三號(hào)漢墓出土的帛書(shū)中有關(guān)于行星的《五星占》8000字和29幅彗星圖。前者列有金星、木星和土星在七十年間的位置，后者的畫(huà)法顯示了當(dāng)時(shí)已觀測(cè)到彗頭、彗核和彗尾，而彗頭和彗尾還有不同的類型。
《漢書(shū)·五行志》記載征和四年(公元前89年)的日食，有太陽(yáng)的視位置，有食分，有初虧和復(fù)圓時(shí)刻，有虧、復(fù)方位，非常具體；而河平元年(公元前28年)三月關(guān)于日面黑子的記載。則是全世界最早的記錄?！稘h書(shū)·天文志》說(shuō)：“元光元年六月，客星見(jiàn)于房”，這正是希臘天文學(xué)家喜帕恰斯所見(jiàn)到的新星，但喜帕恰斯沒(méi)有留下關(guān)于時(shí)間和方位的記載。自漢代以來(lái)關(guān)于奇異天象記錄的詳細(xì)和豐富，構(gòu)成中國(guó)古代天文學(xué)體系的又一特色。
總之，到漢代為止，中國(guó)古代天文學(xué)的各項(xiàng)內(nèi)容大體均已完備，一個(gè)富有特色的體系已經(jīng)建立起來(lái)。
