最初的时候，人们靠观察自然物候来判断气候的变化。物候比节气更细致地表现出大自然的变化。物候是生物、气象、物象随季节、气候变化而出现的季节现象。早在石器时代，我们的祖先在狩猎和采集野果的过程中，就已经注意到周围的物象都有随季节变化而变化的现象。我们的先民把草木荣枯、候鸟去来等自然现象称为物候。不同气候的物候会呈现出不同的反应，因此物候从某种程度上是有规律可循的。在我国古老的历书《夏小正》中，就有关于物候的记载。

不过，人们发现通过物候来判断气候并不准确，也不太稳定。

到了西周和春秋时期，人们意识到物体的影子长短可能和太阳的位置以及气候有所关联。人们发现房屋、树木会在太阳的照射下投出影子，这些影子的变化有一定的规律——夏天短，冬天长。人们还发现，影子的长度和自己感受到的炎热、寒冷、温暖有着某种神秘的联系，而门前大树上的叶子从浅绿、深绿到枯黄，和自己听到的草丛里的小虫子的鸣叫声也有着某种神秘的关联。

人们在平地上竖起一根标竿来观察影子的变化，这根标竿就叫作“表”。可以测量出日影长度的器具就是“圭”。表放在圭的南、北端，并与圭相垂直。

不仅是我们的祖先，世界上其他古老民族同样在探索天时的奥秘。

古巴比伦的祭司观察日月星辰，用石柱来进行测量。他们发现，一年有三百六十五天又六个小时，一年有十二个月，一天有二十四个小时。

位于英格兰南部的巨石阵是一处著名的史前遗迹，相传，祭司会仔细观察巨石上的阴影，然后告诉人们什么时候可以播种，什么时候该剪羊毛。

古埃及人把尼罗河水开始泛滥的日子定为一年的开始。他们按尼罗河的涨落与农作物的生长规律，把一年分为三季（泛滥季、耕种季、收获季），每季分为四个月，一年共十二个月，每月三十天，岁末增加五天节日，共365天，这就是古埃及的太阳历。尼罗河定期泛滥，给埃及带来洪水灾害的同时，也带来了肥沃的土壤。

日复一日，人们测量和记录着影子的长度，并从日影长度的变化中，寻找着那神秘的关联。人们把日影最长的那天定为“冬至”，日影最短的一天定为“夏至”；把一年中日影最长的一天到下一年日影最长的一天的这个周期定为一年；把一年中白天和黑夜一样长的两天，定为“春分”和“秋分”。

圭表不是古代唯一的测量工具，也有人用北斗星柄所指的方向来定节气。黄昏的时候，斗柄指向正东方，这一天为“春分”，指向正西为“秋分”，指向正南为“夏至”，指向正北则为“冬至”。

在《尚书·尧典》中已经有了春分、秋分、夏至、冬至的记载，只不过叫日中、宵中、日永与日短。“日中”是春分，“宵中”就是秋分；“日永”是夏至，“日短”就是冬至。