Durante el estudio de los movimientos aparentes de los cuerpos celestes es menester determinar la posición de éstos en los momentos de las observaciones. La esfera celeste sirve para el estudio de las posiciones aparentes y movimientos de los cuerpos celes. Para ello, en su superficie se fijan las lineas y puntos principales respecto a los cuales se efectúan precisamente las mediciones correspondiente.
El Punto que está en la perpendicular sobre la cabeza del observador, es decir, el punto señalado sobre la esfera celeste en la dirección de la plomada, llamada vertical, se llama cenit. La vertical es perpendicular al plano horizontal y, por eso, el cenit forma un ángulo de 90º con el horizonte. El punto de la esfera celeste opuesto al cenit se denomina nadir.
El circulo máximo de la esfera celeste, cuyo plano es perpendicular a la linea de aplomo, se llama horizonte astronómico. El horizonte astronómico divide la superficie de la esfera en dos mitades: La visible para el observador, con el vértice en el cenit, y la invisible, con el vértice en el nadir.
El horizonte astronómico se debe distinguir del horizonte visible. En Tierra firme el horizonte visible es una linea irregular cuyos puntos yacen ora por encima, ora por debajo del horizonte astronómico.
Observando el cielo estrellado, con el transcurso de las horas vemos que todas las estrellas describen círculos alrededor de un punto en el cielo. Las más cercanas a este eje del movimiento aparente pertenecen a la constelación de la Osa Meno, y la más brillante de ellas parece inmóvil a primera vista: es la estrella Polar, llamada así porque indica el eje o polo del movimiento de la esfera celeste.
Las estrellas que se encuentran a 90º de este punto describen un circulo mucho más amplio que las otras, saliendo por levante y desapareciendo por poniente.
Resulta evidente de esta constatación que sobre la esfera celeste existan dos puntos fijos, a 180º uno del otro, los cuales establecen un eje de rotación denomina "eje polar o eje del mundo". A los dos puntos se les llama polos celestes.
El circulo determinado sobre la esfera celeste por el plano que pasa por el centro de la tierra y es perpendicular a el polar es el ecuador celeste; se comprende fácilmente que no es otra cosa que la proyección en el cielo del ecuador terrestre. Y es obvio que las estrellas que describen el circulo más amplio son las que están sobre el ecuador celeste.
Para el observador que se encuentre en el Polo Norte, todas las estrellas describen círculos paralelos al horizonte; ninguna estrella sale y ninguna se pone.
Para el observador que se encuentre en una latitud intermedia, todas las estrellas describen arcos oblicuos respecto al horizonte; las estrellas que distan del polo norte celeste un arco menor que la latitud del lugar (la altura del polo es igual a la latitud del lugar) no se ponen nunca. Este casquete es llamado "casquete de perpetua aparición", y las estrellas que se encuentra en él y no desaparecen nunca se llaman "circumpolares". Por el contrario las que distan del polo sur un arco menor que la latitud no se ven nunca; es el llamado "casquete de perpetuo ocultamiento".
Otro círculo de referencia fundamental, después del horizonte es el que pasa por el polo norte y por el cenit y que se denomina meridiano del lugar del observador; el meridiano pasa necesariamente también por el polo sur y por el nadir. Los puntos en los que el meridiano corta al horizonte son el punto sur y el punto norte, que se encuentran respectivamente en el hemisferio austral y en el boreal de la esfera celeste. La recta horizontal norte-sur se llama linea meridiana del lugar.
A la intercesión del meridiano con el ecuador se llama semicielo. U la intercesión del meridiano celeste por un astro se llama culminación del astro.
