这种明显的天象变化之所以没能使汉代的天文学家获得任何不同于他们前人的认识，其原因并不在于冬至点的位移难于观测，而在于他们盲目地抱有“天周岁终”的成见。根据长期圭表观测的结果，古人以为从冬至到下次冬至的一岁周内，太阳在星空间自西向东正好行移一周，这种天周与岁周不分的做法甚至导致了他们以岁实(365日)作为确定周天度数(365度)的依据。当然，这些早期的观测工作并非毫无意义，正是这些直至公元4世纪时还在进行的关于二分点和二至点移动的种种讨论，才使虞喜完全认识了岁差。
冬至点在移动，因此冬至日的昏中星也会随之移动。人们也许还记得，《尧典》曾经留下了冬至时昴星昏中天的记载，这与东晋的天象已有很大差异。到晋成帝时代(公元330年前后)，天文学家虞喜(281～356年)注意到，当时在冬至日黄昏时出现于南中天的星宿已不再是昴宿，而是壁宿，这使他领悟到，太阳从冬至点出发环行一周天，经过一个回归年后，并没有回到原来的点上，换句话说，虽然一年的长度是不变的，但太阳在天上并没有走完一周，而是每岁渐差。这种二分点(二至点)沿黄道连续不断地缓慢西退的现象就是岁差。
虞喜的工作并没有到此结束，他把《尧典》的记录看作是距他之前2700年的古老天象，由此求得每50年冬至点在黄道上西移1°。这个岁差值虽是基于昏中星的变迁得出的，但它反映的却是冬至点赤道度数的变化。按现代理论推算，东晋时代的赤道岁差积累值约为77．3年差1°，显然虞喜所定的差值并不理想。这个差值到公元7世纪时得到了进一步改进，隋代天文学家刘焯和张胄玄分别提出冬至点沿黄道每75年或83年西退1′的新值，与实际情况已相去不远。
冬至点为什么会逐渐在恒星间向西移动？对这个问题，虞喜当然没有能力解答。英国科学家牛顿首先指出，产生岁差的原因是太阳和月亮对地球赤道隆起部分的吸引，这种引力作用造成地球自转轴围绕黄道轴(即与黄道面的垂直轴)旋转，从而引起与地轴垂直的赤道沿黄道向西滑行，相应地使赤道与黄道的两个交点(二分点)以及二至点也一起沿黄道向西缓慢退行，绕行一周约需26000年，折合每年50．3角秒或71．6年一度。这个差值看起来很微小，但逐年的累积则会引起节气时刻的显着改变，从而直接影响到历法的正确性。南朝时期，祖冲之克服了极大的阻力，首先把岁差引入了历法计算，尽管他采用的差值不够精确，但仅就在历法中引入岁差这一点，便足以开辟中国天文学一个新的时代。
事实上，中国古代始终存在着可能发现岁差的另一条途径，这就是对北天极的观测。我们知道，由于地轴的进动而产生岁差，岁差对天极位置则起着重要的作用，使它以黄极为中心作大的圆周运动。现在的天极自然是和现代天文学的极星——小熊星座。(勾陈一)极其接近的，但大约11000年以后，它将移到天极“轨道”的另一端，即天琴座织女一附近，这意味着织女星将成为那个时代的北极星。由于中国天文学重视拱极星的特点，古代天算家对北天区的观测投入了极大的精力，这使他们可能很早就发现了天极环绕黄极旋转的现象。
但是很不幸，古人始终没有将这种认识与岁差加以联系。
公元前3世纪的《吕氏春秋》曾经讲过这样一段话：“极星与天俱游而天极不移”，这里的“极星”无疑是指北极星，而“天极”应该是指黄极。显然，当时的人们已清楚地知道，极星确实在围绕黄极运动。尽管他们认为，极星的位置也就是北天极的位置，但是这是否能够导引出岁差已被认识的结论，目前还有困难。
中国古代的极星变迁反映出一些有趣的事实，在图16上可以清楚看出，大约于公元前3000年，真天极的位置恰好处在紫微垣宫门的左枢和右枢两星之间的，自那时起沿着天极所经过的路线，可以找出一连串在不同时期充当过极星的星。最早的极星可能是右枢(天龙座α)，它离当时的天极最近，到公元前10世纪北极位移到帝星(小熊座β)附近的时候，帝星取代右枢而作了极星，随后是庶子(小熊座5)和后宫(小熊座4)。大约从汉代开始，天枢(鹿豹座322H)充当了新的极星，它的位置几乎恰在天极的轨道上。但是随着时间的推移，汉代的极星位移愈来愈明显，到公元6世纪初，祖冲之的儿子祖恒已发现它离开真天极已一度有余，而到12世纪，当时在真天极的位置上实际已经没有星了。北宋熙宁年间(1068～1077年)，沈括利用窥管试图找到真正的北极，最初，他通过窥管所能看到的星很快便移出了视野，于是他逐步扩大窥管，直至使极星只在视野内移动而不消失。用这种方法，沈括发现天枢与真天极已相去三度多了。
但是，在同一条轨道上既能放弃一串极星又同时能找出新的极星，这种现象并没有使古人领悟到它可能是由于岁差造成的，他们只把极星的不断更新简单地归咎于前人观测的失误，即使像沈括这样有见地的科学家，也没有能摆脱掉旧观念的束缚，这在中国天文学史上是一件颇为令人遗憾的事情。
虞喜发现了岁差，从此人们才有可能将恒星年与回归年加以区分，它对于天文学的意义是怎么称道也不过分的。公元前125年，古希腊天文学家喜帕恰斯首先发现了岁差，他似乎比他的同代人幸运得多，因为至少从公元前3世纪开始，多少次可能发现岁差的机会都与中国的天算家失之交臂，直至公元4世纪，虞喜才独立地认识了它。但另一方面，在隋代刘焯提出冬至点75年差一度的积累值的同时，西方人却还在墨守着喜帕恰斯的每百年差一度的旧值，这个值即使在喜帕恰斯的时代也是很不准确的。
日珥、日冕和太阳黑子
持续不断的太阳观测活动，使古人日益丰富着对这个天体的认识。事实上，商代的日食记录已足以显示古人在观测日食现象的同时，可能还获得了其他许多相关的知识。战国时期，石申与甘德曾经注意到，日食发生时日面边缘有像群鸟或白兔一样的东西，这应是最早的日珥记录。因为日珥是日面上不时发生的火焰状喷出物，它的形状很容易诱发古人的上述想象。到公元前1世纪，京房在日全食时几乎同时观测到了日珥和日冕现象，他看到的日珥不止一个，而且把日冕描绘为从日面边缘向四面冲出的白云。因为有的日冕呈射线状，所以京房的感觉是十分准确的。
大约从公元前五千至三千年，中国先民曾经创造出一种有翼的太阳图象，假如将这种图象视为日冕流光的记录，似乎并不是没有道理。很明显，由于日全食对于先民来说普遍具有恐怖的色彩，因此在这时看到的日冕现象必然会使他们对太阳的认识产生新的联想。勒文斯泰因认为，有翼的太阳这种图象可能起源于日冕观测，而且明显带有亚述和波斯的特征。从形式上讲，它与古代中国的有翼太阳完全可以建立联系，因为后世流行的金乌载日的神话，正可以在这里找到渊源。
中国古代对太阳观测的另一项成就是太阳黑子。一般认为，世界最早的黑子记录出现在中国，那是指《汉书·五行志》记载的西汉成帝河平元年(公元前28年)的一次观测结果，当时的描述是：
“日出黄，有黑气，大如钱，居日中”，对黑子出现的时间、形状、大小、位置都做了准确记录。这个传统在以后的观测活动中始终保持着，到明末为止，见于正史的太阳黑子记录已逾百次。
中国古人对太阳黑子的观测历史十分悠久，事实上，在公认的公元前一世纪的记录以前，仍然有零星的材料可以填补这片空白。中吉时代流行着这样一个传说，汉文帝十五年(公元前165年)日中出现了“王”字。战国时期，石申曾观测到日中有立人之象，同时代的《山海经》则提供了日中有乌的传说，而《易经》也有“日中见斗”的记载，甚至有人怀疑早期文字“日”字中的一点即为黑子。这些近乎神话般的猜想并非全无道理，我们在云南沧源崖画上看到日中有立人持弓而射的图象，这至少在形式上与石申的观测结果是吻合的。另外我们发现，商代人在祈求日出时竟也使用了“乌”字，而类似的记载又可与有翼的太阳联系起来。或许这个传说具有双重含义，很明显，如果先民们在日全食时对日冕的观测能够唤起他们对太阳生有双翅的想象，那么这种想象就只有在他们平时对太阳黑子的观测中得到证实，因为一种形象化的黑子群很容易被误认为金乌形象。
中国古人对黑子的描述大致可分三类：一类是圆形，如像钱、像李；一类是椭圆形，如像鸡卵；另一类是不规则形，如像人、像乌、像斗。从天文学的观点看，这三类细致的描述可能分别记录了刚出现的黑子、双极黑子和大的黑子群，实际上它们恰恰反映了黑子由发生、发展到消灭的三个不同形态。从古人对这三个类型黑子记录的日期间隔分析，可以求出太阳黑子每11．33年重复出现的大概周期，这是与现代天文学统计颇为一致的结论。
欧洲人对于太阳黑子的记录大大晚于中国，这主要是由于亚里士多德关于天体完美无缺的唯心主义理论长期禁锢了欧洲人的思想，从而使某些天象根本没有引起他们的注意，甚至即使观测到了，也不敢相信那是事实。直到1610年伽利略利用望远镜完成了黑子观测之后，仍然有人认为那是行星走过太阳表面的结果。比这更早的观测记录可以追溯到公元9世纪初叶，但当时都以为那是水星或金星凌日。伽利略虽然已经注意到，黑子一定是在太阳的表面，或者至少像乌云一样靠近太阳，然而东汉时代的王充却已能近乎正确地提出，黑子是日中之气，这种理论在中国的产生时代或许比王充更早。