從上古以來，各代先民均對天空有無限的想像。他們把各自的想法綜合成為學說，以下便是中國古代一些有代表性的學說：(註五)
一：蓋天說：
產生於戰國前，是中國最古老的天文學說，現見於漢代的《周髀算經》。其實這似乎是很正常的，很符合人們最容易想象得到的形式，因為在基督教中亦有類似的說法(註六)。
蓋天說的主體是「天圓地方」，然而後來人們活動範圍擴大， 學說演變成天地均圓。天地像反轉的盤子，天蓋於地。此說主要用 以解釋四季變化。舊說稱天地間有陰陽兩氣，光透不過陰氣，太陽每天穿梭陰陽氣間，夏天陽氣多故日長，冬天陰氣多故日短。新說稱太陽有七條軌道，即七衡六間，太陽在軌道間運動。夏至時於第一衡(內衡)，冬至時於第七衡(外衡)。蓋天說更據勾股定理(即畢氏定理)認為天地相距八萬里。因為他們認為陽光照射範圍有限，人可見範圍亦有限，太陽於內衡時較近北方，人可見時間較長；外衡時較近南方，人可見時間較短。這點有些像南北回歸線之設。
但此說有很大的缺憾，首先，於春秋二分時，太陽的確升於正東，沒於正西，但在計算中其軌道(第四衡、中衡)中夜間軌道卻比日間軌道長三倍。而且，按其說計算，外衡比內衡長一倍，即是太陽在冬至時太陽比夏至時多走一倍遠，但太陽在冬至的活動並不比夏至快一倍啊。是以此說後來便被渾天說取代了。
二：渾天說：
渾天說主要於漢代後開始流行，見張衡《渾儀注》。他們主張天如球殼，天包著地如雞蛋(如本章引文)，天外為氣，天內有水而地漂於水上。天之一半於地上，半於地下，運轉不息。
他們把天球分為幾部分：近北極有恆顯圈，全年可見；近南極有恆隱圈，於地平下，永不可見；中間的圓周是天球赤道。據此說，太陽的運動可分為周天和全年運 動。太陽在跟隨天球旋轉作周天運動之餘，亦慢慢沿著黃道作全年運動。由於黃道和天赤道有差角，故太陽每天的周天軌道都有許不同，夏至近北天極而冬至時則相 反，日照時間便有不同了。
由於渾天說有可以可被量化的性質(包括相似三角形的等比關 係和勾股弦定理等幾何定理)，可作反復計算和驗證。他們曾有「日影千里差一寸」的假設，唐朝開元年間被測量結果否定了，但渾天說反而可以發揚光大。這就是因為渾天說有科學性的原故，數字假設的錯誤不影響理論的對錯與否。
渾天說雖然在漢代便開始有不錯的理論支持，而且能解釋蓋天說難以解釋之處。但直至唐代的實地論證後方能結束和蓋天說的爭論，原因大概是人們心理上難以接受大地漂浮和日月星夜晚泡於水中的假設所使然。
三：宣夜說：
是一種和前兩說相當不同的一套宇宙論。可能形成於戰國時期，而記載於《晉書‧天文志》。蓋天與渾天二說均認為天空如一殼，日月與星附於殼上。
宣夜說認為，固體天殼並不存在，天之所以是藍色，是因為離開我們太遠了。天是個充滿氣的虛空處，日月眾星均只是浮游其中的發光氣體，受著氣體的推動而活動。天地均無限，天體之間亦互不干涉。
雖然此說比較前兩說更接近真實的情況，但由於始終沒有發展出一套相配的計算體系，只注重思辨，缺乏科學性，故其影響力始終不大。
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註釋：
五：本節大部分資料見：
甲：陳久金、楊怡《中國古代的天文與曆法》，〈樸素的宇宙學說〉篇。
乙：馮克嘉、杜升雲、堵錦生編《中國業餘天文學家手冊》，〈中國天文學史常見名詞〉篇。
六：見Issac Asimov(阿西莫夫)《科學之謎》，第十六章〈聖經非科學〉。