在全书的总体结构中，《天文训》属于“上考天文”的内容，此章的用意在于使人“知逆顺之变，避忌讳之殃，顺时运之应，法五神之常”，最终“有以仰天承顺，而不乱其常者也”。全篇以天文为中心，同时介绍了历法、气象、音乐等方面的知识，是中国天文学史上一篇重要的文献。《天文训》不仅记载了宝贵的天文资料，更重要的是，它把天文作为一个独立的部门，并把乐律和计量标准作为其附庸，专立一章加以论述，这在中国文献记录中还是第一次，直接影响到后来的《史记》、《汉书》等正史。
在天文方面，本文论述了宇宙的起源、日月、五星、二十八宿等天体的分布及运行规律等；历法方面，第一次完整记载了二十四节气的名称、十九闰七等；气象方面，论述了“八风”与天体运行密切相关的气候、物象等的变化规律；音乐方面，论述了“五音”、“十二律”的产生演变等，在中国乐律史上有继往开来的作用。这里选取的是《天文训》中有代表性的一些内容，主要涉及以下几个方面：
一、论述了天地、阴阳、四季、日月星辰、风雨雷电的形成，以及天道与世间物象、人事之间的关系。文中，作者提出了自己的天体起源学说，勾勒了“虚廓→宇宙→气→阴、阳→天、地”这样一条演化路线。作者认为，天地未形成之前，宇宙混沌不分，迷迷茫茫，处于一种“无”的状态，这一个阶段称为“太昭”。“虚廓”，也是空虚、无形之意，“遒”开始形成于此。“虚廓”产生出了宇宙（时间和空间），宇宙又生出“气”，“气”有不同，轻的部分飘逸上升变成天，浊重的部分凝结聚集成为地。清微之气容易聚合，沉重浑浊之气凝结困难，所以，天先于地而成。天地形成后孕育出各自的精气，又分化为阴阳二气，阴阳之气相互会合集中，便产生春、夏、秋、冬四时，阴阳之气散布开来，形成万物，世界进入了生命的境界。长期积聚的阳的热气生成火，火的精气变为太阳；长期积聚的阴气生成水，水的精气变为月亮。太阳、月亮多余的精气变为星辰。这就是《淮南子》关于天体起源的理论，这一理论经东汉张衡的肯定，曾流行了一千多年。
二、论述了“八风”的名称、发生的季节以及每个季节相应的政令等，贯穿着天人相应的思想。“八风”的名称，在古代典籍中有多种说法，《吕氏春秋》以“炎风、滔风、熏风、巨风、凄风、风、历风、寒风”为八风，《说文》以“融风、明庶风、清明风、景风、凉风、阊阖风、不周风、广莫风”为八风。
三、完整记载了二十四节气。二十四节气是中国历法的重要组成部分，也是直至今日最为人们所熟知的天文知识，其确立经历过一个长时期的积累过程，《淮南子》所记二十四节气名称与顺序，则与现今通行的已完全相同，这在中国文献中是第一次。此外，它还说明了二十四节气与音律等的对应关系，这是汉代人测候阴阳消长以推测灾异的重要坐标，反映出作者思想中的阴阳五行观念。
四、讲述了太阳在一天运行中不同时刻的名称，就是所谓的“十六所”。王充在《论衡·说日篇》中说：“五月之时，昼十一分，夜五分。六月，昼十分，夜六分。从六月往至十一月，月减一分，岁日行天十六道也。”王充所谓“十六道”，与此“十六所”相吻合，所以钱塘认为，这就是漏刻。
“十六所”中虞渊、蒙汜等名见于《楚辞》，《尚书》里也说到“旸谷”，可见，这一说法由来已久，渊源有据。
五、详细解释了十二律名称的含义。律学是声学的一部分，是一门科学，但因为它与气有密切的关系，因此，在古代被视为沟通天人关系的一个媒介。本文中，作者以斗所指的方向分地支为十二律，对十二律的涵义做了充分的说明。
六、阐述了度量衡的由来。在文中，作者提出了度量衡也“生乎天道”的观点，并将度量衡与律历联系、配合起来，显示了其“天人一体”的观念，无所不在。公元前221年，秦始皇下令统一度量衡，对后世影响极大，对巩固国家的统一起到了重要作用。汉承秦制，从刘邦建汉到汉宣帝，基本上是继承并发展秦制。前201年，刘邦曾令张苍根据秦制定度量衡程式，张苍是秦时的官吏，非常熟悉秦制，所以，汉代的度量衡制度也很快就建立起了。
七、阐述了人天相应的思想。文中讲到“天有九重，人亦有九窍”、“天有四时……人亦有四肢”等。这种解释虽然很不科学，但却代表了古人对自身的一种认识。更可贵的是，作者强调“蚊行喙息，莫贵于人”，反映出以人为贵的思想。这一思想，自先秦以来就较为盛行，显示了中国人对生命的重视，是值得珍视的一种价值观。
八、介绍了古代确定东西方向、测量日远及天高的方法。汉代是中国古代天文测量的黄金时期之一，在天象观测、天文观测仪器创制、天文测量理论和方法等方面，都取得了一系列显著成果。空间和时间是天文观测和研究的对象，正是在长期天文观测的基础上，人们才形成了对空间和时间的总的看法，也就是宇宙观。《淮南子》里的这段记录，应是汉代天文观测技术的真实反映，显示古人探索宇宙奥妙的伟大成果。
