我们知道真正意义上的科学的计时方法都源于天文。古人们经过长期的精心观测后发现，不同天体在天空中的位置变化是有着各自的规律的，而天体在天空中的位置变化也意味着时间的变化。依据这一点人们第一次找到了确定时间的准确标志，通过观象授时活动，使得古代的计时制度一步步地发展了起来。
（一）历法的一些基本概念
中国古代的传统历法属于阴阳合历。所谓阴阳合历，其实是一种兼顾太阳、月亮与地球关系的历法。朔望月是月亮围绕地球的运转周期，而回归年则是地球围绕太阳的运转周期。由于回归年的长度约为365.2422日，而十二个朔望月的长度约为354.3672日，与回归年相差约10日 21时，所以同时需要设置闰月来调整二者的周期差。
中国古历的基本要素包括日、朔、气，下面简要介绍一下回归年、朔望月和二十四节气。
1.回归年
早在远古时代人们就发现，作物的枯荣、候鸟的迁徙无不与气候的凉暖变化有关。而这个凉暖变化的周期大约是365天，因此人们在“日”这个概念的基础上引用了“年”这个概念。而回归年就是指太阳直射方向从北回归线到下一次再直射北回归线（或者从南回归线到下一次再直射南回归线）所经历的时间。天文学上严格的定义是太阳连续两次经过春分点（或秋分点）的时间间隔，称作回归年。根据天文观测结果，一个回归年的长度约为365.2422日，即365天5小时48分46秒。
2.朔望月
我们知道月亮围绕着地球终日不息地旋转，而且月亮本身并不发光，它只反射太阳光。对于地球上的观测者而言，随着太阳、月亮、地球三者相对位置的变化，在不同的日期里，月亮就会呈现出不同的形状，这就是月相，而这些月相经历了朔、上弦、望、下弦的演变周期。天文学上规定，从朔到朔，或从望到望的时间间隔称为“朔望月”，一个朔望月的平均长度约为29.5306日。
3.二十四节气
在我国有一首广为流传的歌诀：
春雨惊春清谷天，
夏满芒夏暑相连，
秋处露秋寒霜降，
冬雪雪冬小大寒。
这就是“二十四节气”歌诀。这一歌诀是人们为了记忆二十四节气的顺序，各取一字缀联而成的。下面我们具体谈谈这二十四节气。
二十四节气即立春、雨水、惊蛰、春分、清明、谷雨、立夏、小满、芒种、夏至、小暑、大暑、立秋、处暑、白露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒。
这二十四节气按顺序逢单的均为“节气”，通常简称为“节”，逢双的则为“中气”，简称为“气”，合称为“节气”。二十四节气是根据地球绕太阳运行的360度轨道（黄道），以春分点为0点，以15度为间隔分为二十四等分点，每个等分点设一专名，含有气候变化、表征农事等意义。我们按照二十四节气的名称可以将其分为四类。第一类是表征四季变化的，有立春、春分、立夏、夏至、立秋、秋分、立冬、冬至；第二类是表征冷暖程度的，有小暑、大暑、处暑、小寒、大寒；第三类是表征降雨量多少的，有雨水、谷雨、白露、寒露、霜降、小雪、大雪；第四类是表征农事的，有惊蛰、清明、小满、芒种。
节气虽属阳历范畴，但是它与阴历系统中的朔望月配用是中国阴阳历的一大特点。
4.置闰和岁差
在中国的古代历法系统中还有一个重要的内容就是闰月的设置和岁差，下面也做简单介绍。
朔望月的平均值为29.5306日，比两个中气之间的间隔要短约一天。如果第一个月的望日正值中气，那么三十二个月后两者差值的累计将会超过一个月，因此会出现一个没有中气的月份，这个月份使得本来属于这个月份的中气推移到了下一个月份，此后，其他月份的中气也将一一推移。这个月份一般出现在第十六个月前后。为了避免这种情况，古代的天文学家将这个月设为闰月。而农历的历年长度是以回归年为准的，但是一个回归年比十二个朔望月的日数多，比十三个朔望月短。为了协调这种矛盾，古代的天文学家采用十九年七闰的方法：在农历十九年中，有十二个平年，每一平年十二个月；有七个闰年，每一闰年十三个月，其中包含一个闰月。
所谓岁差是指太阳从某年的冬至点出发，在黄道上运行至下一个冬至点时，并没有走满360度，其间有一个微小的差数，这一段小小的差数被称为岁差。
晋代著名的天文学家虞喜把自己潜心观测中星的成果与前人的观测记录进行了比较，发现冬至当日，不同的时代黄昏时分出现于天空正南方的星宿有明显的差异，他正确地解释了这一现象。他认为这是由于太阳在冬至点连续不断地西退而引起的，他把这种每隔一岁、稍微有差值的现象叫做岁差。祖冲之在《大明历》中提出岁差值为每45年11个月退行一度。
（二）天干地支和生肖
干支起源于什么时候，现在还不能作出确切的回答，但是关于干支的记录以前就有了。在河南省安阳市的殷墟遗址中出土的殷墟甲骨卜辞中就载有大量用于纪日的干支记录，这说明干支的产生比殷商更早，或是同一时期。对此，这里不作较深入的探讨，更多地注重对于干支的介绍。
1.干支
干支是天干和地支的总称。天干共十个字，因此又称为“十天干”，其排列顺序为：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸；地支共十二个字，排列顺序为：子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥。同样按其顺序，天干中逢双，即甲、丙、戊、庚、壬为阳干；逢单，即乙、丁、己、辛、癸为阴干。地支中子、寅、辰、午、申、戌为阳支，丑、卯、巳、未、酉、亥为阴支。根据《史记·律书》《释名》和《说文解字》等书的释义，干支名称的含义分别是：
干者犹树之干也。
甲：草木破土而萌芽之时；
乙：草木初生，枝叶柔软屈曲之时；
丙：万物沐浴阳光之时；
丁：草木成长壮实之时；
戊：大地草木茂盛繁荣之时；
己：万物抑屈而起，有形可纪之时；
庚：秋收之时；
辛：万物更改，秀实新成之时；
壬：阳气潜伏地中，万物怀妊之时；
癸：万物闭藏，怀妊地下，揆然萌芽之时。
支者犹树之枝也。
子：万物孳生之时；
丑：扭曲萌发之时；
寅：发芽生长之时；
卯：破土萌芽之时；
辰：万物舒伸之时；
巳：阳气旺盛之时；
午：阴阳交替之时；
未：尝新之时；
申：万物成体之时；
酉：万物成熟之时；
戌：万物衰败之时；
亥：万物收藏之时。
这些释义表明了天干是一年中十个时节的物候，地支则表示一年中植物生长发育的十二个时节。
以一个天干和一个地支相配，天干在前，地支在后，天干由甲起，地支由子起，阳干对阳支，阴干对阴支，这样的组合共有六十对，可以不重复地记录六十年，六十年以后再从头循环，这样得到了一个以六十年为周期的甲子回圈，称为“六十甲子”。我们可以用这种方法来纪年，称为干支纪年法。
干支纪日的方法与干支纪年的方法一样，每天用一对干支表示，每六十天为一个周期，由甲子日开始，按顺序先后排列。
干支也用来纪月，但是纪法与纪年和纪日不同。首先每个月的地支固定不变，正月为寅，二月为卯，依顺序排列，十二月为丑。其次，天干在分配时要考虑当年的天干，其对应关系是：当年天干是甲或己时，正月的天干就是丙；当年天干是乙或庚时，正月的天干就是戊；当年天干是丙或辛时，正月的天干就是庚；当年天干是丁或壬时，正月的天干就是壬；当年天干是戊或癸时，正月的天干就是甲。有一首歌诀可以帮助我们记忆这个规律：
甲己之年丙作首，乙庚之岁戊为头；丙辛必定寻庚起，丁壬壬位顺行流；更有戊癸何方觅，甲寅之上好追求。
2.生肖
利用十二地支纪年、纪月、纪日固然方便，但是却不便于记忆，为了克服这个不便，人们创立了以鼠、牛、虎、兔、龙、蛇、马、羊、猴、鸡、狗、猪这十二个具有实感的常见动物来代替十二地支，即十二生肖。
有关十二生肖的起源及其排列顺序的定型古代文献中都没有明确的记载。王充的《论衡·物势》中记载：“寅，木也，其禽，虎也。戌，土也，其禽，犬也……午，马也。子，鼠也。酉，鸡也。卯，兔也……亥，豕也。未，羊也。丑，牛也……巳，蛇也。申，猴也。”这段文字中，十二生肖动物谈到了十一种，唯独缺了辰龙，而在该书的《言毒篇》中又有：“辰为龙，巳为蛇。”这样十二生肖便齐了。这是古文献中关于生肖的较早的最完备的记载。而关于十二生肖最早的记载见于《诗经》，《诗经·小雅·吉日》里有“吉日庚午，即差我马”八个字，意思是庚午吉日时辰好，是骑马出猎的好日子，这里将午与马作了对应。可见在春秋前后，地支与十二种动物的对应关系就已经确立并流传。
（三）纪时制度
纪时制度是以某时间为起点将一昼夜划分为多少段的方法。中国古代为人们所熟悉的纪时制度是十二时辰制、漏刻制和五更制。在西汉中期以前，通用的是一种天色纪时法，即十六时制纪时法。
1.十六时制纪时法
古人主要依据天色将一昼夜划分为若干段。一般将日出时叫做旦、早、朝、晨，日入时叫做夕、暮、昏、晚，太阳正中叫中日，将近中日时叫隅日，太阳西斜叫做昃。古人一般是一日两餐，早餐在日出之后，隅中之前，这段时间叫食时或蚤时，晚餐在日昃之后，日入之前，这段时间叫晡时。人们以这些时刻为分界点，将一昼夜分为夜半、鸡鸣、晨时、平旦、日出、蚤食、食时、东中、日中、西中、晡时、下晡、日入、黄昏、夜食、入定。
2.十二时辰纪时法
春秋时期，人们开始将历法上的十二个月的名称应用在天文上，具体的设想是太阳每年在黄道上运行一周是十二个月，将黄道分为十二个天区，则每一个天区对应一个月。将太阳冬至所在的天区称为子，太阳十二月所在的天区称为丑，以后以此类推。地球的自转会引起太阳沿赤道自东向西的昼夜变化，古人设想将天赤道所在的方位也划分为十二个天区，北方为子位，南方为午位，东方为卯位，西方为酉位，那么太阳将一昼夜运行十二个方位后回到原位。于是产生了一昼夜十二个时辰的概念，一个时辰对应太阳在天赤道的一个辰位。这十二个时辰排序为子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥，其中子时对应二十三点到凌晨一点，丑时对应凌晨一点到凌晨三点，以后以此类推。
随着科学技术的进一步发展，以十二时辰作为纪时制度的体制已经不能满足人们的要求了。故而人们开始寻求改进的方法，以便将其分得更细一些。最初人们将一个时辰一分为二，在十二时辰名中间插入甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸八个天干和艮、巽、坤、乾四个卦名，合计二十四个小时名。由于这些天干名称和卦名不便于记忆，也不如干支那么协调，唐代的时候，天文学家就采用了将每一个时辰分为初、正两个部分的方法。例如子初开始于二十三点，子正开始于零点，午初开始于十一点，午正开始于十二点。这样也就形成了中国古代的二十四时制。
3.漏刻纪时法