中国古代的商周时期，认为天是圆的，地是方的。天覆盖着地。日出和日落是天上阴阳两气转换而成。当太阳进入阳气就是日出，是白天，阳气是透明的，当太阳西落后阴气上升，阴气昏暗，所以晚上黑洞洞的；夏天白天长是因为阳气盛，而冬天黑夜长是因为阳气衰而阴气盛，这就是盖天说。可是这理论有一个致命的难圆之处，那就是天圆地方，天要盖地四周是盖不严的。
盖天说在反对意见的推动下，进行了修改，出现了新盖天说。新盖天说认为天是圆的，地也是圆的，像一只倒扣的盆子。而且地和天一样，中间高四周低，大地之间永远一样高，走到哪里都一样。新盖天说认为白天黑夜不是由阳气和阴气的转换造成的，而是因为太阳光的照射距离有限而形成的。太阳在东方时，西方就没有光亮，所以是夜晚；当太阳到南面时，北面就成了半夜。因为夏季太阳离地较近，所以白天长，反之，冬天太阳较远，许多地方就得不到照射，所以黑夜就长了。太阳绕着地面转，就形成了白天黑夜，春夏秋冬。
新盖天说弥补了盖天说的缺陷，可它自己却有难以说清的地方。盖天说解释日落是因为太阳离大地的某一个地方远了，所以这个地方就成了黑夜。可是，人们看到的落日是先看不见下半部，而不是先看不到左半部或者是右半部，日出也是一样，先出现的是太阳的上半部，而不是左半部或者是右半部。
于是，又一种新的学说创立了，代替了新盖天说，就是汉代以后在中国出现的浑天说。其代表人物是著名科学家张衡。浑天说是这样解释天地关系的：天是圆的，像圆球，而不是以前认为的圆盘状，地就像是蛋壳里的蛋黄，天把地包了起来，他在天的中央，是浮在水面上的。天始终在不停地运转，没有起点，也没有终点，浑浑然分不清楚，故称浑天。
浑天说虽然还有许多解释不清楚的地方，比如，大地是浮在水上，那么太阳、月亮。星星的起落都要在水中穿过，这可能吗？尽管如此，浑天说比起以前的盖天说和新盖天说是前进了一大步，成为中国汉代以后，指导古代天文学的主要理论。
在浑天说的研究、传播中，东汉多才多艺的科学家张衡起了很重要的作用。他根据浑天说的理论，根据太阳、星星的运动规律，制造出了天文观察工具--浑天仪，形象地表现了当时人们所认识的天文现象。
张衡（公元７８。１３９年）是南阳西鄂人（今河南省南阳县石桥镇）。他家是名门望族，祖父张堪曾任蜀都太守。张衡从小聪明好学，１７岁时离开家乡，到西汉故都长安一带考察历史古迹，风土人情。后来，又来到首都洛阳参观太学，寻师访友。２２岁回到南阳，担任南阳太守鲍德的主簿。８年后，鲍德调离南阳，张衡留在家乡，花了３年时间，钻研哲学、数学、天文。随着各方面知识的积累，张衡在天文、历算、阴阳上享有很大声誉。永初５年（公元ｉｌｌ年）汉安帝征召他前往洛阳，担任郎中和尚书侍郎。元初２年（公元１１５年）任太史令。在任期间，他研究天体运行规律，发明制造出浑天仪。而后又制造出候风仪、地动仪。
张衡设计制造的浑天仅相当于现在的天球仪。"浑"字在古代有圆球的意思。浑天仪是由许多同心圆环组成的仪器，总的看起来好像包在一个圆球内。浑象就是一个真正的圆球。张衡的浑天仪是用水运浑象来表示天体运行的天文仪器，主要部件浑象是一个直径４尺多的大铜球，球上刻有二十八宿、中外星官以及黄赤道、南北极、二十四节气、恒星圈和视显圈等。铜球有轴，可以旋转。张衡用漏壶滴水控制铜球的运转速度。铜球运转与天象一致，人们只要观看浑天仪就可以知道天象。张衡的漏水转浑天仪对后来的天象表演仪器和天文钟的设计影响很大。
张衡制造的地动仪更是精妙绝伦。地动仪的形状如同酒具，直径８尺，用精铜铸成。上面用动物浮雕做装饰，极为精美。地动仪的中间有个称作都柱的摆。都柱上有８根横杆伸出，每根横杆上都镶有龙。龙头嘴中衔有一个小钢球。在龙嘴的下方，有只张大嘴巴的哈模。地动仪内部连接巧妙，制作精细，各个机关都隐藏在内部。龙头各指向东、东南、南、西南、西、西北、北、东北方向。如果发生地震，指着地震方向的这条龙的机关就会发动。龙口中的小钢球被吐了出来，落在下面哈蟆张着的嘴里，发出响亮的声音。看管仪器的人员马上可以发觉地震的时间和方位。而京城的人什么感觉都没有，有些人就认为是仪器失灵误报了。过了几天，地方上·送来了奏章，报告陇西一带发生地震。再与地动仪的记录相核，果然不差。此后，史官就根据地动仪的显示来记载地震。
张衡还对各种具体的天象做了观察和分析，基本上掌握了月食的原理。他还是东汉有名的文学家，并被列入当时六大名画家之一。１９５６年，郭沫若为他题文："如此全面发展之人物，在世界史上