在天文学中，我们首先定义一个观察者O，他位于天球的中心。过O点垂直于天球的直线，与天球相交的两点，上方的点Z被称为天顶，下方的点Z则被称为天底（如图2所示）。
从天顶Z出发，垂直于天体作一圆周，它与地平圈相交于点D，此时天体在地平坐标系中的第一个坐标是这个大圆弧D，或者称为极距Z。地平纬度D，也称为地平高度或高度，可以用平面角OD来测量，而天顶距Z则用平面角OZ衡量。平行于地平圈的小圆被称作地平纬圈或平行圈，同一纬圈上的任何点地平高度都是相同的，因此被称为等高圈。
南点S与垂足D之间的大圆弧SD，其长度为a，这个是地平坐标系的第二个坐标，称为地平经度或天文方位角，简称方位角。方位角的测量习惯上从南点开始，按顺时针方向进行。地平坐标系的定义是以地平圈为基础圈，子午圈为主圈，南点为主点的坐标系统。
然而，由于地球的自转（周日视运动），天体的地平坐标会随时间不断变化。此外，不同的观测者由于他们的铅垂线方向不同，将导致不同的地平坐标系，即使是同一颗天体，其地平坐标也会因观测者位置而异。这种随观测站变化的特性使得记录天体位置的星表不能依赖于单一的地平坐标系统。
以天极和春分点作为天球定向基准的坐标系。 所属学科： 测绘学(一级学科) ；大地测量学(二级学科) 天球上各种球面正交坐标系的统称。 所属学科： 天文学(一级学科) ；天体测量学(二级学科)