大家都有这样的感觉，无论我们走到哪里，都觉得天空好像半个球面盖在头上，由此就产生了“天球”的概念。观测者的眼睛可作为天球的球心，但通常以地心作为天球的中心。天球的半径是无穷大(作图时常取为一个单位)。通常将地球的自转轴无限延长到与天球相交，这相交的点叫做北天极与南天极。地球的赤道平面无限扩大与天球相交的大圆圈，叫做天球赤道。
有了这么一个假想的天球，如果将太阳周年(视)运动的路线画上去，就是黄道(图中的kk′)。不难看出，黄道与赤道有一个23.5°的交角(叫黄赤交角，我国在战国时代就已测量出来)。由于这个黄赤交角，使我们的计时工作碰到一些困难。那是什么样的困难呢？后面再说。
从古代起，人们就以太阳高度最高的时刻作为正午。太阳从正午开始向西移动，下山后，经过1个黑夜，又从东方升起来，再到正午，这么1圈所经过的时间间隔，就叫做1个真太阳日。真太阳日分为24小时，就是真太阳时。古时用日晷(音：轨)记的时间，就是真太阳时。
后来发现，1年内真太阳日的长度逐日不同，最长与最短时可相差51秒。原因就在于前面所说的两点：一是太阳视运动速度不均匀，二是黄赤交角。我们计量时间是以地球自转为标准的，也可以说是以天赤道为标准的。可是太阳是在黄道上运动，即使太阳视运动是均匀的，但它们在赤道上的投影是不均匀的。因此，黄赤交角的存在，增加了计量时间的复杂性。既然真太阳走得有快有慢，那么，要做1个钟表机械跟着太阳走，有时快，有时慢，这是做不到的(钟表机械只能是做比较均匀的旋转)。所以，1820年法国科学院会议决定，将1年内各个真太阳日的平均值，作为1个“平均太阳日”或“平太阳日”，以平太阳日来定的时间就叫做“平太阳时”或“平时”。后来世界各国都采用这种计时办法。现在，我们钟表上的时间都是按平太阳时来计算的。
为了测量时间，人们就设想天上有1个“平太阳”，它在天赤道上走，并且每天走的速度都一样；也是1年走1圈。这样，平太阳时也可以跟真太阳时一样来定义了。比如，当平太阳在南方最高位置时是正午。平太阳由正午到下一次正午所经历的时间间隔就是1个平太阳日。1个平太阳日分为24小时，1小时分为印分，1分分为60秒。这样，一秒的长度就是平太阳日的1／86400。
1个回归年长为365日5时48分46秒，或365.2422平太阳日。习惯上省去“平太阳”，也就是365.2422日。但应理解，这“日”就是平太阳日。
上面讲过，真太阳在黄道上1年走1周，平太阳在赤道上1年走1周；真太阳的运行速度是不均匀的，平太阳运动的速度是均匀的。所以在任何一天，平太阳与真太阳并不会在同一个方向上，或者说；平太阳正午时，真太阳不一定是正午。因而两者所表示的时刻就会不一致。也就是说，真太阳时与平太阳时不一致，它们的差别就叫做“时差”。用公式表示就是：真太阳时-平太阳时=时差。
或：视时-平时=时差。
时差的数值已按天体力学的方法预先计算出来了，它刊登在“中国天文年历”中。1年当中，每天的时差都是不相同的，最大的时差可达16分，最小的是零。1年有4次为零，约在4月15日，6月14日，9月1日，12月24日。每年同一天的时差值并不完全相同，而有微小的变化。
如果我们应用经纬仪或其他仪器观测了太阳，定出真太阳时，然后查出时差值，就知道当时的平太阳时了。