天地到底是甚么形状？它们之间的位置关系如何？天地各有多大？从春秋战国时期开始，人们就围绕着这些问题争论不休，参与讨论的不仅有天文学家、哲学家，甚至连一些帝王，如梁武帝萧衍、明太祖朱元璋等也加入了争论行列。汉代到魏晋南北朝是中国天文学飞速发展的时代，也是学术思想比较活跃的时代。在这段时期内，涌现了许多讨论天地结构的学说，其中最重要的就是形成于汉代的盖天说、浑天说和宣夜说。
盖天说
盖天说是中国最古老的讨论天地结构的体系。早期的盖天说认为：天就像一个扣着的大锅覆盖着棋盘一样的大地。盖天家又主张：天像圆形的斗笠，地像扣着的盘子，两者都是中间高四周低的拱形。这种盖天说即能克服“天圆地方”说的缺点，也能解释很多天象。盖天家认为，太阳在天盖上的周日运动一年中有七条道路，称为“七衡”。最内一道叫做“内衡”，夏至日太阳就沿内衡走一圈；最外一圈叫“外衡”，是冬至日太阳的路径；其他节气里，太阳沿中间的五道运行。这就是盖天家的“七衡六间”之说。
浑天说
张衡在《浑天仪注》一文中写道：“浑天如鸡子，天体圆如弹丸。地如鸡子中黄，孤居于内，天大地小。……天之包地如壳之裹黄”。天就像一个鸡蛋，大地像其中的蛋黄，天包着地如同蛋壳包着蛋黄一样。这是对浑天说的经典论述之一。浑天说还认为天球北高南低，绕通过南北天极的轴旋转。垂直于南北极轴把天球平分成南北两半的大圆就是天赤道。与赤道斜交成大约24度角的大圆是黄道，太阳在黄道上运行。过日心并与天赤道平行的圆是太阳的周日平行圈，它代表着太阳每日在天空中的运行轨迹。浑天说在中国天文学史上占有重要地位，对中国古代天文仪器的设计与制造产生了重大影响，如浑仪和浑象的结构就和浑天说有着密切联系，对解释天文学的有关理论问题也产生了重大影响。
宣夜说
盖天说和浑天说中的日月星辰都有一个可供附着的天壳，盖天说的附着在天盖上，浑天说的附着在像蛋壳一样的天球上，都不用担心会掉下来。宣夜说主张：天是无边无涯的气体，没有任何形质，我们之所以看天有一种苍苍然的感觉，是因为它离我们太深远了。日月星辰自然地漂浮在空气中，不需要任何依托，因此它们各自遵循自己的运动规律。宣夜说打破了天的边界，为我们展示了一个无边无际的广阔宇宙空间。
