日晷有两种形式：一种是水平放在地面上、刻度不均匀的地平式日晷。另一种是日晷面与赤道面平行、刻度均匀的赤道式日晷。晷针在石面上投下影子，影子不停地移动，每移一格就是百刻制中的一刻。

汉代以后，中国测量天体入宿度和去极度的仪器就长期使用浑仪。现今发现有明确结构的最早浑仪，由东晋时期前赵的孔挺于光初六年（公元323年）建成。它有两层圈环，最外一层由固定的地平单环、赤道单环和子午双环组成。地平环和赤道环上有刻度，可以读取资料；子午双环之间相距三寸，在南北两极处焊接在一起。里边一层是一个有刻度的双环，后称四游环，安装在通过子午环焊接处的轴上，可以绕此轴随意转动。双环之间夹有一个八尺长的中空管子，称为窥管，可以绕双环中心在其面上旋转。测量时，先转动四游环，让窥管与天体的赤经线重合；再转动窥管，让天体落在窥管视界中心。从四游环上读取天体的去极度，从外层赤道环上的读数可以间接求得天体的入宿度。

元代的郭守敬对浑仪做了大胆的简化。他首先把浑仪分解成赤道经纬仪和地平经纬仪两件仪器；其次撤掉了多余的圈环。赤道经纬仪仅留下了四游、赤道和百刻环，并且赤道环和百刻环被套在一起移到了四游环的最下端。地平经纬仪只有地平环和立运环。这样有效地解决了浑仪圈环遮蔽天空的问题。

浑象是浑天家发明用来演示天球运动，说明浑天学说的一种仪器。最早的浑象是西汉耿寿昌制造的，而有明确记载的浑象当属东汉张衡制造的水运。这架仪器的主体是一个直径四尺六寸的大圆球，球上画有二十八宿、中外星官、赤道、黄道、北极常显圈、南极常隐圈、二十四节气点，整个球安装在南北极轴上，可以绕轴旋转。张衡还在浑象上装了一套齿轮机械传动装置，利用漏壶中流出的水，推动整个浑象均匀地与天球做同步运转。这样一来，昼夜交替，星辰出没就和实际天象相一致了。张衡的水运浑象是一个划时代的发明，在当时已经具有了机械天文钟和自动日历的雏形，对后世制造自动天文仪器产生了很大的影响。

北宋元佑七年（1092年），吏部尚书苏颂和吏部守当官韩公廉建造的水运仪象台集浑仪、浑象、圭表、报时仪器于一身，是中国古代最宏伟、最复杂的一架天文仪器。整个水运仪象台以漏壶中的水为驱动力，通过一套传动装置和一个机轮联结在一起，与天球同步运转，逼真自动地演示了天象的变化。