元代历法因得益于历代历法的长期积累，终于达到登峰造极，这便是郭守敬(1231-1316年)的《授时历》。至元十三年(1276年)，元军攻陷南宋都城临安(今浙江省杭州市)，统一中国指日可待。
元世祖忽必烈于是下令郭守敬、王恂设太史局，召募南北历官修定新历。重视实测结果应该是郭守敬一开始就提出来的改历宗旨，这使他和他的助手们花了大量时间建造仪器和天文台，在全国27个地点实地观测。四年之后，新历告成，并于至元十八年(1281年)颁行于全国。
《授时历》以实测为基础，汲取了历代历法的精华，所用天文数据几乎都是世界上最先进的。它的回归年数据取自南宋杨忠辅《统天历》，同时接受了杨忠辅关于回归年长度变化的说法，所定误差比《统天历》为小；它的朔望月、近点月、交点月等数据取自金赵知微《重修大明历》，与近代测定值极为接近；它的二十八宿距度值取自实测，具有相当高的精度。《授时历》废除了上元积年，并将日以下的天文数据采用百进位制，主要天文数据以一万为分母，大大简化了历法的计算步骤。这些先进经验在唐人南宫说的《神龙历》和曹土劳的《符天历》中早已提出，郭守敬终于使它们彻底得到了贯彻。《授时历》还创立了相当于球面三角公式的算法，用来计算天体黄道和赤道度数的转换，同时运用招差法创立三次差内插公式，比一行的方法更为精密。
《授时历》自颁行以后一直使用到明末，时间长达360年之久，是中国古历中行用时间最久的历法。明太祖朱元璋称帝以后，名日改《授时历》为《大统历》，实则只是剪理编次而已，除省去郭守敬岁实消长之说，并将历元及气闰诸应略作变易外，天文数据及计算方法一仍其旧。因此，自西方天文学东传以前，《授时历》实际是最后行用的一部中国古历。
中国天算家的制历工作可以说是世界上最繁重的。明朝以前制定的历法，能够考证清楚的就不下90种，但严格说来，多数作品都陈陈相因，承传有序，其中创见之作仅有13种，而最着名者当推三部，即《太初历》、《大衍历》和《授时历》。然而《太初历》假托周髀，《大衍历》则附会易象，独有《授对历》足据晷影，全凭实测，因而在中国历法史上占有特殊重要的地位。
二十四节气
“节气”一词含有两个截然不同的概念。最早出现的春分、秋分、夏至和冬至都属于“气”，它们来源于商代卜辞中记载的东、西、南、北四方风，“风”与“气”是对同一意义的不同表达。然而四气的结构毕竟极为疏阔，于是古人将每气的长度一分为二，创立了立春、立夏、立秋、立冬四节，四气和四节就是今天人们熟知的最早的节气。
这个名称在二十四节气形成之后又有了新的变化，人们习惯于把排在奇数位置的节气如立春、惊蛰等称为节气，而将置于偶数位的如雨水、春分等称为中气。
中国古代的节气体系绝不止二十四节气一种是可以肯定的，《管子·幼官》中记有一种一年三十节气的古历，它的来源目前还不太清楚。二十四节气的形成时间至迟可以上溯至战国，不过它的全部名称是在西汉时期才首次出现的。根据古代文献的记载，除雨水和惊蛰两个节气在汉代以前是互为颠倒的以外，二十四节气的次序在两千多年中基本上没有改变。
节气是阳历成分，它的本质是把太阳周年视运动均匀地分成若干等分，每个节气则标志着太阳在一周年运动中的一个固定位置，因此它是反映气候。
变化规律的客观尺度。中国的传统历法是阴阳合历，在建立阴历月的标准上引入了“朔”的概念，而在建立回归年的标准上又引入了“气”的概念，这两个概念的相互配合成为中国传统历法的重要特点。
二十四节气的计算主要有两种，古人最初的做法是把一个回归年长度均匀地分成二十四等分。对于使用四分岁实的历法来讲，每一节气的长度就是365．25日的二十四分之一。也就是说，从立春开始，每过15．21875日就交一个新的节气，这就是“平气”。平气的长度将随着回归年长度的日趋精密而愈加准确。
事实上，太阳的周年视运动是不均匀的，北齐天文学家张子信通过长期的观测终于发现了这一点。他认为，太阳在春分后运行速度慢，到秋分后运行速度快，这种看法虽不完全正确，但与事实已很接近。显然，太阳运动的不均匀性使得各个平气之间太阳所走的度数是不相等的。根据这一发现，隋代的刘焯(542～608年)提出了以太阳黄道位置确定节气的方法。他把黄道一周天从冬至开始均匀地分成二十四分，太阳每走到一个分点就交一个节气，这样划定的节气叫作“定气”。定气的时间长度是不等的，由于冬至前后太阳移动快，一气只有十四日多；夏至前后太阳移动慢，一气又可长近十六日。
古人对定气的认识虽然很早：但在历法中却迟迟没有，采用，直至清代《时宪历》开始用定气注历，才最终结束了中国历法使用平气的历史。相反，定气在日月食推算精度方面的作用却对隋以后天文学的发展大有助益，首先，刘焯为计算太阳的真实位置发明了等间距二次内插法，唐代一行在《大衍历》中对此做了进一步改进，元代郭守敬在《授时历》中则采用了更为精密的招差法来求太阳运动，这些新方法的运用，无疑是古人对于太阳运动不均匀性的了解日趋正确的结果。
1.盖天说盖天说无疑是各种宇宙流派中起源最早的一种，中国人甚至把它的形成上溯到传说中的伏羲时代，这当然无法确考，不过现有的材料却证明，至迟是在公元前四千纪的新石器时代中期，盖天说已经产生是可以相信的。这种理论在当时已经颇为完善，并且后来被一代一代地继承了下来。
2.浑天说浑天说的历史究竟悠久到什么程度，目前还有疑问，东汉的张衡(78～139年)虽然完整地阐明了浑天理论，但他并没有把这一理论看作是他自己的发明。事实上，关于天球的这种臆想至迟在战国时代已经出现了。
一般认为，西汉的落下闳是浑天说最早的代表人物，据史籍记载，他是浑仪的第一位制造者，这种体现浑天思想的仪器与浑天理论当然有着极密切的联系。不过有关这一思想的最古老的描述，则出自东汉天文学家张衡所作的《浑天仪注》。
3.宣夜说宣夜说在东汉时代便已失传了，东晋的葛洪在追述这一学派的主要理论时这样说道：天是空的，没有物质，并且无限高远，没有边界。我们看到的天空虽然呈现蓝色，那只是由于它离我们太遥远而产生的错觉，犹如从远处侧望黄山，黄山却显出蓝色，注视深谷，深谷却一片暗黑一样，但蓝色与暗黑都不是山谷的本色。地球以外到处都充满了气体，日、月和众星自由地浮在空中，它们都是由气的推动而运动，或是由气的阻碍而停止。这种宇宙无限的理论近乎正确地解释了宇宙无限的现象。
中国天文学的早期传播
由于中国传统天文学体系的起源年代可以上溯到公元前4000年，这使我们不得不重新看待早期天文学交流的真实情况，这方面最敏感的问题则是二十八宿的起源地点，当然这对于中国天文学的早期西传也是最有说服力的。
中国的二十八宿体系
大约在公元前3000年左右已经基本形成，与此相关的另一个令人感兴趣的问题则是它的起源地点，这个问题自从人们了解到二十八宿在早期文明古国中普遍存在的事实之后就一直争论不休。古代印度把二十八宿叫作“纳沙特拉”，阿拉伯则称为“马纳吉尔”，都是“月站”的意译，古代波斯对此也有自己的译名，甚至古代埃及，在接受了巴比伦的黄道十二宫的同时，也有多种“月站”的名称表。不过除中国之外，还没有别的文明古国能从四象限星群的古老记载及实物证据中，一步步地把这种二十八宿体系的发展追溯出来，这一点在今天看来更加无可置疑了。阿拉伯“马纳吉尔”的各种星名表虽然确实完成于古兰经之前，但它的斗宿叫作AL-baldah，意思是“日短至”，也就是冬至，由此可以推得其使用年代不会早于公元前2世纪。埃及使用二十八宿的时代比这更晚，大约是在科布特时代(公元3世纪以后)。古波斯引入这种体系的时代可能略早一些，至少可以承认从波斯的相关体系中能够推出阿拉伯的“马纳吉尔”体系的某些内容。巴比伦则是一个颇有争议的地点，曾经在相当长的时间里，人们始终认为各国流行的二十八宿，包括印度的和中国的，都无例外地起源于两河流域，然而直至今天，人们并没有发现过巴比伦有任何二十八宿存在的确凿证据。由于人们普遍认为巴比伦是西方天文学的鼻祖，于是想象在黄道十二宫之外一定有另一套呈现这个数字的若干倍数的星座体系存在，并进而认为二十八宿也许正由此而产生，这显然是错误的。事实上，人们不仅没有在楔形文字泥版书中发现过二十八宿表，而且也没有任何理由假定古代巴比伦曾经有过二十八宿。
问题的关键在于，各文明古国流行的二十八宿体系是否同出一源，这一点看来没有什么疑问。中国的二十八宿距星在印度叫作联络星，中国的距星古今不同，就汉代以前的情况而论，其中有九个与相应的印度联络星相同，至于另外不同的部分究竟是因为印度联络星的变化所致，抑或中国古距星的认定还有问题，目前还不清楚。同时根据印度古代典籍记载，室、壁两宿曾被合为一宿而成二十七宿，这一点也与中国一致。对于说明二十八宿同源的另一条证据是，中国二十八宿的起始宿为角宿，而据班忒累的研究，埃及二十八宿也始自角宿，印度的“纳沙特拉”虽然后来被认为始自昴宿，但是印度最早的经典中却显示这个“月站”体系也是从角宿算起的。阿拉伯的“马纳吉尔”体系以娄宿为起始宿，然而娄宿和角宿的赤经相差约180′，这又恰好符合二十八宿的“耦合”分布的特点。这些共性在18世纪法国人哥俾尔和19世纪初英国人科尔布洛克依次把中国和印度的二十八宿体系介绍到欧洲之后，逐渐引起了人们的注意，这足以使人认识到，各文明古国流行的二十八宿是一种有着共同来源的天文学体系。
波斯、阿拉伯和埃及在二十八宿体系的形成年代上显然无法与中印抗衡。就印度而言，尽管相关的古代文献的年代学问题有些尚未彻底解决，但目前的研究表明，认为公元前10-8世纪，印度的全部“纳沙特拉”已基本形成应是比较妥当的。同耐，不仅印度，甚至其他文明古国的二十八宿体系也都显示了起源于中国的特征，譬如印度的古代历法按其气候条件分一年为六季，即冬、春、夏、雨、秋、露，但“纳沙特拉”却同中国的二十八宿一样分为四宫；古代波斯也与中国一样把天空划分为四个亦道宫和一个中央宫，并有同样数目的赤道分区和四象限星群，而这些却都是中国传统天文学的精髓。所以，中国体系的自源论以及后来对印度的影响看来已是不容动摇的事实。因为即使我们承认印度约公元前14世纪的《梨俱吠陀》的赞美诗中有关恒星与“月站”关系的记述并非纯属无稽之谈，中国二十八宿体系的形成年代也要早于这个时间。事实上，考古学所能提供的最新资料显示，至少在公元前40世纪的中叶，中国二十八宿体系的雏形已经形成。如果说印度的“纳沙特拉”确是来自于中国并进而向西方传播的话，那么这正是我们渴望找到的线索。
正像后来中国的丝绸途经波斯源源不断地输往西亚和欧洲一样，古波斯无疑也是向阿拉伯传播中国思想的中继站之一。中国二十八宿体系传入印度的准确时间目前还很难确定，然而印度人在接受了这个体系之后，恐怕不久就已开始西传，古代南亚与中亚、西亚先民，的频繁接触，大大增加了这种传播的机会。从古代波斯、阿拉伯以及埃及二十八宿出现的年代推测，二十八宿通过印度而西传至迟在公元前2世纪已经完成了。
西方天文学的引进
巴比伦的黄道十二宫体系与中国的二十八宿体系在形成时间上是不相上下的，这个体系是把黄道带等分为十二份，每份30度，并以跨越黄道的星座作为每宫的标识，形成白羊、金牛、双子、巨蟹、狮子、室女、天秤、天蝎、人马、摩羯、宝瓶和双鱼12星座。这些星座由于形状不同而组成不同的图象，并且除少数几个外，都是以动物命名，所以黄道带也称兽带。
巴比伦黄道十二宫体系的影响遍及世界，后来成为西方天文学的主要内容。它首先越海传入希腊，并经此西传到埃及和罗马，又在公元前后东传至印度，最后随佛教一起传入了中国。
最初传入中国的只有十二宫名称，它们在一部隋代翻译的佛经中已经出现，但是不久，黄道十二宫的图象也接踵丽来。11世纪初叶完成的敦煌莫高窟61号洞壁画和12世纪初辽墓墓顶画，都已发现了黄道十二宫图象，而且我们很容易注意到，这些图象不论在内容上还是画法上都已完全汉化了。这些作品的时代显然都算不上最早，出土于新疆吐鲁番并且后来被盗往国外的一幅唐代星占图，则把黄道十二宫图象输入中国的时间提前到了公元7～8世纪。这幅写本残件残存着二十八宿中的角、亢、氐、房、心、尾、轸七个星宿和十二宫中的天秤、天蝎、室女三宫。尽管这件唐代遗物的时代比千佛洞的壁画提早了几个世纪，然而从双女官的形象还是可以明显看出，它也已经是彻底汉化后的作品了。因此，黄道十二宫图象传入中国的时间只能比这更早才行。
从公元前2世纪起，希腊天文学家喜帕恰斯开始用黄道十二宫的名称兼指亦道上的十二等分，印度天文学采纳了这种用法，因而他们的占星术兼用黄道十二宫和二十八宿，这种将两个体系联系在一起的做法，随着佛经也一起传入了中国，我们从上面提到的唐代和辽代的两件作品中可以清楚地看到这个特点。但是，由于黄道十二宫体系与中国固有的二十八宿和十二次相重复，因此在明末耶稣会传教士把它和近代天文学联系起来再行人传之前，这个体系始终没有受到中国人的重视。