天球的模型，是一种用于航海、天文教学和普及天文知识的辅助仪器，人们利用它表述天球的各种坐标、天体的视运动以及求解一些实用天文问题。球面上，绘有亮星的位置、星名、星座以及几种天球坐标系的标志和度数。天球可以绕一根贯穿圆球心的轴旋转，这个轴称为天轴，轴的两端与天球的两个交点称为南极和北极。带轴的天球被支撑在一个通过南北两极的金属子午圈上。天球仪座架的水平圆环，代表地平圈。使用者可根据地理纬度在子午圈上，调节天极高度，并且能使天球绕极轴转动，从而看出在不同地理纬度上、在不同日期、不同时刻的星空景象以及某一天体的地平经度（方位角）和地平纬度（地平高度）。同样，它也可以显示出某一天太阳出没的时刻和方位、经天路径、中天时刻、高度和昼夜的长度。可见，天球仪很有实用价值。由于观测者是在天球外看天象，因此从天球仪上看到的天象，与从天空中看到的天象是相反的，但这并不影响天球仪的实用价值。陈列在中国北京古观象台上的清代铜制天球仪，铸造于1673年，直径2米，球上有恒星1000多颗，是以三垣二十八宿来划分的。一般使用的天球仪，直径在30厘米左右。
中国古代演示天象的仪器浑象，与天球仪在基本结构上是完全一致的。
4．月球仪
教学用月球仪和地球仪相仿。月球仪记载了月球上的海陆分布和山川湖沼。虽然月球上没有水，但这些名词一直使用下来，月球仪仅有象征的意义。自从1610年意大利天文学家伽利略用望远镜观测月球以来，逐步发现了月球上的种种特征，所以月球上开始出现了人名地名。近400年来，月球已经成了充满了地球人名地名的“小地球”。现在根据国际统一命名，才制成了月球仪。小型月球仪上的名称和图形要少些，但仍然是准确的。大型月球仪上的名称和图形就多得多了。根据国际公布的月面构造和经纬度坐标，以及相关的名称制作的月球仪，是月球的缩影。人们可以从月球仪上，查看到月面各种构造，特别是环形山和山脉，“海”、“洋”、“湖”、“沼”的分布和各自的名称。我们在月球仪上用较粗的线条和指示区分月球的正面和背面，这一点不可混淆。2007年我国嫦娥探月工程开始的时候，人们就是用月球仪了解月面各种特征、名称、位置，从而在听到探测月球的消息时，能对着月球仪了解情况而不茫然。
5．地球仪
为了便于认识地球，人们仿造地球的形状，按照一定的比例缩小，制作了地球的模型仪—地球仪。在地球仪上没有长度、面积、方向、形状的变形，所以从地球仪上观察各种景物的相互关系是整体而又近似于正确的。
地球仪有以下几种类型：经纬网格地球仪，在它的球面上只有经纬网格以及度数的注记；政区地球仪，球面光滑的表示行政区划的地球仪；地貌地球仪，球面光滑的表示自然面貌的地球仪；地形地球仪，是表示地形的模型，球面是起伏不平的。
在太阳照射下，地球的自转与公转引起了地球上日照区的移动，这个移动产生了很多天文现象。这些现象对人类生存十分重要，人们需要了解它认识它。我们根据这些需要研制了天文地球仪。它模仿地球自转与公转产生的日照区在地球表面的移动。这种移动产生了天文信息—昼、夜、日出、日落、节气、极昼区域、极夜区域、太阳直射点位置、地方时、世界时、时差等。这些信息都是人们日常生活须知的。过去人们利用钟表、地球仪或地图和日历的综合使用，得到了部分信息，但不同区域日出日落的时间、随节气（季节）变化的昼夜长短、日照角度等信息还是无法得到，只能实测或问天文台。天文地球仪，能给出这些信息。
世界上最早的地球仪，是由德国航海家、地理学家贝海·姆于1492年发明制作的。它至今保存在纽伦堡博物馆里。1480年，贝海·姆作为佛兰芒贸易商人初次访问葡萄牙，他自称是纽伦堡天文学家米勒的学生，所以成为约翰二世的航海顾问。当时航海者用星盘来测定日、月、星辰的高度，以此推算时间和纬度。用黄铜代替木质星盘，可能是由他创始的。1490年回纽伦堡后，在画家格洛肯东的协助下，贝海姆开始绘制他设计的地球仪，1492年完成绘制。他当时所画的世界地形，既不准确又已过时。在这个地球仪上，印度洋是向东西扩展的海洋，特别是非洲西海岸，错误多得实在惊人。不过有趣的是，在发现美洲的前夕，他绘制的地球仪为当时人们提供了一些关于地理上的有益设想。
6．赤道经纬仪
赤道经纬仪，是清朝制造的八件大型铜铸天文仪器之一，是我国重要的古天文观测仪器。赤道经纬仪于1673年制成，重达2720千克，至今仍完好地保存在北京古观象台的观测平台上。
整个观测部分，由三个大环和一根轴承组成。最外面的大环叫做“子午环”，正南北方向竖立着，两面有刻度盘。中间的圆环南高北低，与天赤道平行，因此叫做“赤道环”。环面上均匀地刻有24个大格，代表24小时，每个大格再分成4个小格，代表15分钟。在赤道环面的中心，垂直地竖立着一根轴承，叫做“极轴”。它与子午环相连，朝上的一点指向北天极，朝下的一点指向南天极，并由南极伸出的两个象限弧支撑着。里面的圆环叫做“赤经环”，还可以绕极轴旋转。
整个观测部分镶嵌在一个半圆云座内，由一条南北正立、昂首修尾的苍龙托起，龙的四只利爪分别抓住下面十字交梁的一端，每端都装有调整仪器水平的螺栓。该仪器主要用于测量恒星以及太阳、月球、行星等天体的位置。
7．黄道经纬仪
黄道经纬仪是清朝制造的八件大型铜铸天文仪器之一，也是我国重要的古天文观测仪器。它重达2752千克，至今也仍完好地保存在北京古观象台的观测平台上。
黄道经纬仪，外层是南北向正立的“子午圈”，子午圈内的一个大圈叫做“极至圈”，用钢轴契合在子午圈的两个极点上，因此叫做“黄道经纬仪”。在极至圈内，套着一个斜躺着的大圈，这个大圈平行于地球绕太阳旋转的黄道，叫做“黄道圈”。黄道圈上刻有度数和黄道十二宫的图案，是黄道经纬仪的基本大圈。有一根垂直于黄道圈面的钢轴，连接黄道南、北两极。最里面的一个圆环，叫做“黄道经圈”，与黄道南、北两极相连，并且可以绕钢轴旋转，圈上也刻有度数。在观测天体时，可根据黄道圈和黄道经圈的刻度，来定出太阳和行星的位置。
整个仪器的观测部分，放置在一个半圆云座内，由两条背向而立的苍龙托起，苍龙的爪子紧紧抓住雕有云纹斜交的十字交梁。
8．象限仪
现存于北京古观象台的象限仪，制造于1673年，它又被叫做地平纬仪，是专门测量天体地平高度的观测仪器。
所谓“地平高度”，就是观测者到某颗星星的视线与地平面的夹角。在天文学上，这一角度叫做“天体地平高度”。
象限仪的下端，是一根方形横梁和一对十字底座，在两个十字底座的交叉点上，各竖起一根高三米多的圆柱，两边均有一条龙扶持，起到装饰和加固双重作用。两根圆柱支撑着一根雕有云纹图案的横梁，一根可以旋转的立轴连接在上下两梁的中间，固定着整个扇形的象限环。象限环内雕有腾云驾雾的巨龙，既增添了仪器的生气，又起着平衡作用。象限环的横边呈水平状，并且与立边垂直，在两边的交叉点处挂有一根游表，贴附在象限环面上。
象限仪铸造精美，在象限弧的中间，铸有一腾云戏珠的苍龙，造型优雅，同时又具有平衡重心的妙用，使整个象限弧的重心落在中心的立轴上。轴的两端是圆的，可以使象限弧垂直于地面自由地旋转。
在象限弧的圆心，立有一个与弧面垂直的横表，长三寸一分。在横表上有一长与象限弧半径相齐的窥衡，可绕圆心在弧面上下移动。在窥衡的下端有一立耳，旁边有游表，如今已遗失。
实际观测时，移动窥衡，使立耳看横表与待测的天体位于一条直线上，这是把窥衡定位，则游表所指的环弧上的刻度，就是该天体的地平高度或天顶距。
古观象台的象限仪，与第谷设计的四种象限仪中的旋转式地平象限仪最为接近，观测方法完全一样，只是在外观设计方面独具特色，采用了中国传统的龙云装饰。