古人没有地球绕太阳公转的概念，但通过两个办法测得太阳年及恒星年的时间长短，并得出了“岁差”的概念。
一，通过土圭，立竿见影，正午时测日影长短，一年之中，影子最长的一天定为“冬至”，最短的一天为“夏至”，两至之间长短之和的一半，为“春分”和“秋分”。两个“冬至”日为一个太阳年（回归年）。
二，除了用土圭测日影，又用北斗星斗杓的方位测定节气，黄昏时斗杓所指方位，指东为春分，指南为夏至，指西为秋分，指北为冬至。
古代根据太阳年制定历法，以冬至日为一年之始，如《史记历书》制定《太初历》，“十一月甲子朔旦冬至已詹，其更以太初元年”。
以冬至日北斗星斗杓方位为标准确定一年之始，其实是恒星年的标准。而土圭测影是太阳年的标准。使用两个不同的标准，这就产生了“岁差”。中国历史上，晋代虞喜首先发现了“岁差”。
宋代沈括指出了岁差的原因，《梦溪笔谈，斗建有岁差》：“正月寅，二月卯，谓之建，其说为斗杓所建。不必用此说。”
大意，正月指寅，二月指卯，叫作“斗建”，通常指斗杓所指方位。其实不必用此说法。
沈括通过观测并计算出：《颛顼历》“冬至日宿斗初”，今宿斗六度。古者正月斗杓建寅，今则正月建丑也。又岁与岁合，今亦差一辰。
就是说，以冬至日北斗星斗杓为标准计算，是恒星年。而恒星年不等于太阳年，二者之间的时间不同。
古人起初认为冬至日斗杓是固定不动的，而事实上是移动的，只不过移动极其缓慢，很长时间才能比较出来。
限于历史条件，沈括的计算不夠精确，但找出了岁差的原因：参照系不同。
现代天文学，恒星年，365天6小时9分10秒。太阳年，365天5小时48分46秒。岁差20分24秒。
1、古人观察太阳一年中位置的变化引起物候、农业等现象的变化总结出来的。通过日圭，冬天和夏天的太阳高度是不一样的，所以影子也不会一样，冬天的太阳不在头顶，而夏天太阳在正上方，当太阳最低时，在日圭上做一个标记，当太阳的影子再次和日圭上的标记吻合时，那就是一年了，通过不断的反复实验，才确定一年长度约为365天。
2、具体测量一年时长的想法是元朝郭守敬提出的，他在河南登封建造了一座观象台。利用其影子的长短来测量推算时间，后来又发明了一个辅助观测仪器，叫“景符”。而具体一年的时间是由祖冲之计算出来的。得出了回归年为365.2425天的结论。