相傳在遠古時候，共工和顓頊兩人為了爭奪天下發生了爭戰。共工失敗後，一氣之下跑到了大地的西北角，撞倒了那裡的不周山。不周山原是八根擎天柱之一，撞倒之後，西北方的天就塌了，東南方的地也陷了下去。於是，天上的日月星辰都滑向西北方，地上的流水泥沙都流向了東南方。這生動地反映了古人對於天地結構的推測。
天地到底是什麼形狀，它們之間的位置關係如何，天地各有多大？從春秋戰國時期開始，人們就圍繞著這些問題爭論不休，參與討論的不僅有天文學家、哲學家，甚至連一些帝王，如梁武帝蕭衍、明太祖朱元璋等也加入了爭論的行列。漢代到魏晉南北朝是中國天文學飛速發展的時代，也是學術思想比較活躍的時代。在這段時期內，湧現了許多討論天地結構的學說，其中最重要的就是形成於漢代的蓋天說、渾天說和宣夜說。
蓋天說
蓋天說是中國最古老的討論天地結構的體系。早期的蓋天說認為：天就像一個扣著的大鍋覆蓋著棋盤一樣的大地。這樣的天地形狀很容易讓人們產生疑問：圓形的天怎麼能夠與方形的大地合攏呢？隨後，蓋天家又主張：天象圓形的斗笠，地像扣著的盤子，兩者都是中間高四周低的拱形。這種蓋天說即能克服「天圓地方」說的缺點，也能解釋很多天象。
蓋天家認為，太陽在天蓋上的週日運動一年中有七條道路，稱為「七衡」。最內一道叫"內衡"，夏至日太陽就沿內衡走一圈；最外一圈叫「外衡」，是冬至日太陽的路徑；其它節氣裡，太陽沿中間的五道運行。這就是蓋天家的「七衡六間」。他們還主張，太陽只能照射16.7萬里，超過這個距離就什麼也看不見了。因此白天就是太陽走到距離我們16.7萬里以內的範圍，而晚上則在該範圍之外。
渾天說
張衡在《渾天儀注》一文中寫道：「渾天如雞子，天體圓如彈丸。地如雞子中黃，孤居於內，天大地小。……天之包地如殼之裹黃」。天就像一個雞蛋，大地像其中的蛋黃，天包著地如同蛋殼包著蛋黃一樣。這是對渾天說的經典論述之一。
渾天說還認為天球北高南低，繞通過南北天極的軸旋轉。垂直於南北極軸把天球平分成南北兩半的大圓就是天赤道。與赤道斜交成大約24度角的大圓是黃道，太陽在黃道上運行。過日心並與天赤道平行的圓是太陽的週日平行圈，它代表著太陽每日在天空中的運行軌跡。天球繞南北極軸旋轉一週就是一日。夏至日，太陽處在黃道最北點，太陽的週日平行圈一大半在地上，一小半在地下，表示著太陽在地上的時間多，在地下的時間少，日出在東北方，日落在西北方。冬至日，太陽處在黃道最南點，週日平行圈有一大半在地下，一小半在地上，太陽在地上的時間少，而在地下的時間多，日出東南方，日落西南方。
渾天說在中國天文學史上佔有重要的地位，對中國古代天文儀器的設計與製造產生了重大的影響，如渾儀和渾像的結構就和渾天說有著密切的聯繫，對天文學的有關理論問題的解釋也產生了重大影響。
宣夜說
《列子·天瑞篇》記載了一個「杞人憂天」的故事。傳說春秋戰國杞國有一個人聽說天是由氣體形成的，日月星辰就漂浮其中之後，他非常擔心天體會掉下來，讓他無處躲藏，於是整日憂心忡忡，茶飯不思。朋友把他拉到一位智者那裡，智者開導他說：「日月星辰也是氣體形成的會發光的物體，即使它們掉下來，也是氣體落入氣體中，不會造成任何損傷。」
蓋天說和渾天說中的日月星辰都有一個可供附著的天殼，蓋天說的附著在天蓋上，渾天說的附著在像蛋殼一樣的天球上，都不用擔心會掉下來。但是後來人們觀測到日月星辰的運動各自不同，有的快、有的慢，有的甚至在一段時間中停滯不前，根本就不像附著在一個東西上。所以就又產生了一種新的理論「宣夜說」。
宣夜說主張：天是無邊無涯的氣體，沒有任何形質，我們之所以看天有一種蒼蒼然的感覺，是因為它離我們太深遠了。日月星辰自然地漂浮在空氣中，不需要任何依托，因此它們各自遵循自己的運動規律。宣夜說打破了天的邊界，為我們展示了一個無邊無際的廣闊的宇宙空間。
