仔细观察太阳的视运动情况，古代劳动人民早就发现每天正午太阳在地面上的高度在变化，通过圭表测影能很精确地把这种变化测量出莱。这在前面已经介绍过了。另外一个引起人们注意的现象是：“如果每天晚上同一时刻去观察南方子午圈附近的星宿，过了一两个月以后会容易发现，原在南方的星宿已经移到西方天空，而在东方的星宿也移到南方了。”随着星空的变化，季节也在明显地变化着，这说明这两者间有着密切的联系，有着共同的起因。
把这两种现象联系起来分析，人们发现太阳除了有每天东升西落的周日视运动外，它还有一种在恒星背景上的运动。经过一定时间，它在众星中绕行一圈又回到原来起始的位置。反映在天球上，太阳的这种运动是在天球上画了一个大圆，这个大圆叫做黄道。黄道和赤道相交两点。一点叫做春分点，另一点叫做秋分点。这两点间的中点叫做夏至点，叫做冬至点。太阳在黄道上的运动就叫做太阳的周年视运动。如果以夏至点为起算点，本阳绕黄道一圈又回到了点的时间间隔就称为回归年。据现代天文测量，一个回归年等于365.2422日。
太阳在黄道上运动，每年在公历3月21日左右通过冬至点由天球南半球到北半球，此时地球上昼夜相等，即春分。在6月22日左右，太阳到达夏至点，此时地球上北半球中午的太阳高度最大，白昼最长，也就是圭表日影最短的日子。在9月23日左右，太阳通过夏至点，由天球北半球进入南半球，昼夜再次相等，即秋分。在12月22日左右，太阳到达冬至点。
其实太阳的周年视运动不过是地球周年运动的反映而已。地球围绕太阳作公转运动，一个回归年绕行一圈。地球轨道面向外扩展和天球相交的大圆就是黄道。由天文学知道，黄道面和赤道面的夹角是23度27分。此时地球北半球中午的太阳高度最低，白昼最短，也就是圭表日影最长的日子。这样，随着太阳在黄道上的位置不同，地球上的季节也由春到夏，以至秋冬。如此寒来暑往，循环不已。
地球上观测者所看到的太阳在黄道上的运动，正是地球在相反的方向上作运动的结果。例如，地球在轨道上某一点时，相对应地太阳的视位置在黄道上的某一点；而当地球运动到另一点时，太阳的视位置移动到另一点。
地球并不是一个正圆球体，而是一个在赤道部分稍稍有些鼓起的扁球体。因此，太阳、月亮等对地球引力作用的结果，会使地球自转轴(因而赤道面)每年都有微小的变动，这种现象叫做岁差。由于岁差，春分点的位置每年也有微小的移动，所以岁差对计算太阳在黄道上的运动电有微小的影响。我国晋代天文家虞喜首先发现了这个现象，为提高我国历法的精度做出了可贵的贡献。
我国古代的天文学家，是把冬至作为一年的起算点。可见只有准确地测定出冬至的时刻，才可能准确地预报季节的更替和循环。因此测定准确的冬至时刻，是我国古代制历家的重大课题。现有的史料表明，我国最早的冬至时刻的测定记录，是在春秋时代的鲁僖公五年(公元前655年)和昭公二十年(公元前522年)。
此处读者可能会说，连续两次测定冬至时刻，不就得出回归年长了吗？我们说，说来容易做来难。这是因为，古人用圭表可以直接测得冬至日，因为冬至这一天正午表，影的长度，比一年中任伺一天正午表影的长度都要长(我国古代称这一天为日南至)。但是每次太阳到达冬至的时刻并不一定正好是在正午。古人为了得到比较准确的冬至时刻，是采取连续测量若干年冬至日正午的影长，一旦确定了两个冬至时刻之后，再用这两个冬至时刻之间的年数去除它的，总日数，就得到了一个回归年的长度(日数)。
春秋末年(公元前5世纪)，我国开始使用的《四分历》，其回归年长(我国古代称为岁实)定为36514日，即365.25日。也许有人会说，不是应该先测量朔望月的长度，然后将12个朔望月加起来，就是一个回归年的长度吗？我们说，否。因为那又回到纯阴历上去了。阴阳合历的回归年和朔望月长度的测定顺序恰恰相反，它是先测定回归年长，而后再去推求朔望月的长度。具体地说，朔望月长度的推算是这样的，我国最迟在春秋时代就发现了19年7闰的规律。就是说，在19年中要设置7个闰月，使得历法和季节变化相协调。如此说来，《四分历》的朔望月长度是这样算得：365.25×19=6939.75(日)
12×19+7=235(月)
6939.75÷235=29.530851(日)
岁实365.25日、朔望月29.530851日，现在看来很容易算得，但在当时，尤其是岁实365.25这个数据，是世界上最精密的数据。因此，我们可以实事求是地说，《四分历》的创制是一项具有世界意义的大事！
《四分历》定岁实为365.25日，虽然较为精确，但与当时实际的岁实365.2423相比，毕竟大了0.0077日，这个误差看起来不算大，但请不要忘了积少成多的道理，你看一年大0.0077日，那么100年就大了0.77日(约18小时四分)。这样久而久之，就必然发生历法预推的时刻要.比实际天象来得晚的现象，而且越来越显著。这种现象后来果然被制历家们发现了，但在相当长的时期内，没能认识到这一现象的实质。一直到东汉末年的刘洪才认识到这是由于《四分历》岁实太大的缘故。所以，在他制订的《乾象历》中，首次将岁实减小为365145598，即365.246180日(相应的朔望月长为29.53054日)。这样我国古代历法的精度又提高了一步。
《乾象历》比《四分历》的精度确是提高了，但刘洪测定冬至时刻的方法，可能还是沿用了传统的方法。显然要想进一步提高历法的精度，必须从测量方法上加以改进。古人果然想到了这一点。首先这样做的，当推南北朝时代的祖冲之。他的方法是：不直接用圭表测量冬至日正午的太阳影长，而是测量冬至日前后20余日太阳正午的影长，而后取其平均值，从而求出冬至的日期和时刻。祖冲之根据实测制订的《大明历》的岁实为365.24428日，这个精确的数值，一直到五六百年之后的宋代，才达到或超过它的水平。而在欧洲，一直到16世纪以前所实行的《儒略历》中，岁实的数值均采用与《四分历》相同的数值365.25日。
继祖冲之之后，改进测量方法的是北宋的姚舜辅。他在修订《纪元历》时，打破了历史上采用1组观测确定冬至时刻的传统方法，而采用1年多组观测，再取平均值确定冬至时刻的全新方法。由于测量方法的革新，冬至时刻以及岁实的确定越来越准确了。到了南宋杨忠辅制订《统天历》时，他首先采用了岁实365.2425日这个极为精确的数值。元代郭守敬等人在制定《授时历》时，根据实测肯定了岁实365.2425日为历史上最精确的数值。现今世界通用的阳历——格里历的岁实也是365.2425日，但它与《统天历》相比，大约晚了400年。
我国古代制历家们，从不满足于前人的成就，总是力求有所发现、有所前进。正是在这种严谨的治学态度激励下，明代末年的邢云路，进一步改进圭表，精心实测。艰苦的劳动终于结出了丰硕之果。他测得的岁实为365.24219日，这和用现代理论推算的数值365.242217相比，仅仅小0.000027日，即一年大约才相差2.3秒。而在欧洲，丹麦天文学家第谷于1588年测定的最精确的岁实为365.2421875日，其误差1年大约为3.1秒。
从以上的介绍可以知道，我国古代制历家在测定冬至时刻、推求岁实方面，做出了卓越的贡献。