Se in una notte senza nuvole osserviamo a lungo il cielo stellato, ci sembra di essere al centro di un'enorme sfera cava che ruota lentamente; è la sfera celeste, punteggiata da migliaia di luci. In realtà questi punti luminosi non sono incastonati nella sfera celeste, ma sono distribuiti in uno spazio immenso; si tratta di corpi celesti con caratteristiche molto differenti tra loro e comunque posti a distanze diversissime, per cui alcuni di essi relativamente vicini, mentre altri sono effettivamente lontanissimi.

Se scattiamo una foto del cielo notturno con un tempo di esposizione di alcune ore, vedremo le tracce lasciate nella sfera celeste dai corpi notturni, soprattutto dalle stelle, nel loro movimento da est a ovest.

Si tratta però di un moto apparente: è la Terra a ruotare su se stessa in circa 24 ore e questo causa la nostra illusione che la Luna, i pianeti, il Sole e le stelle ruotino intorno a noi.

In verità le stelle si muovono nello spazio e anche a grandi velocità, ma a causa dell'immensa distanza dalla Terra le vediamo sempre nelle stesse posizioni reciproche: sono le stelle fisse. Su questo sfondo di stelle fisse, nel corso dell'anno o del mese, i pianeti del Sistema Solare cambiano la propria posizione; del resto essi sono molto più vicini a noi e possiamo percepirne il movimento reale. È indicativo di questo movimento anche il nome stesso di questi corpi, derivato da un termine greco che significa "erranti". Nella volta celeste i pianeti sono non brillanti, ma opachi, e splendono solo perché illuminati dal Sole. Nella sfera celeste si vedono anche, come macchie di luce, le galassie, aggregati di miliardi di stelle lontanissime.

Senza il telescopio, in movimento nel cielo si possono vedere comete, meteore e meteoriti di passaggio, la Luna, alcuni satelliti del Sistema Solare e naturalmente il Sole.

Quando osserviamo la volta celeste, il punto della cupola che si trova esattamente sopra di noi si chiama Zenith; il punto opposto sulla sfera celeste si chiama Nadir.

Nella sfera celeste possiamo individuare un'unica stella sempre visibile, la Stella Polare, un perno individuato dalla direzione dell'asse terrestre.

Il moto di rivoluzione della Terra attorno al Sole ci permette di vedere porzioni di cielo sempre diverse.

In primavera e in autunno potremo vedere poche stelle brillanti e pochissimi oggetti del cielo profondo. In estate e in inverno potremo ammirare le stelle più brillanti, molti oggetti del cielo profondo, ma soprattutto la Via Lattea, il piano equatoriale della nostra galassia.

In tutta la sfera celeste (emisfero boreale ed emisfero australe) ad occhio nudo si vedono circa 6000 stelle, 3000 stelle per ogni emisfero. In realtà, sempre in ogni emisfero, le stelle sempre visibili da ogni località sono solo 1500.

Per osservare la sfera celeste in condizioni ottimali è consigliabile allontanarsi dalle fonti luminose (lampioni, insegne, fari...) e dalle grandi città, e recarsi in luoghi scarsamente illuminati magari situati in alto.

Le costellazioni sono raggruppamenti di stelle, solitamente ben visibili e in apparenza prossime tra loro. Questi raggruppamenti hanno suggerito agli astronomi antichi alcune figure mitologiche. Per il resto le costellazioni (recenti o di origine antica) richiamano animali e oggetti. Le 88 costellazioni decise dall'Unione Astronomica Internazionale nel 1930 non sono visibili tutte ad ogni latitudine. In ogni punto della Terra è possibile vedere solo 53 costellazioni.

Le stelle che appartengono a una costellazione dalla Terra sembrano vicine, dato che sono tutte "schiacciate" sulla sfera celeste, mentre nella realtà si trovano a distanze molto diverse sia dalla Terra, sia tra di loro. A titolo di esempio le 7 stelle più brillanti dell'Orsa Maggiore (o Grande Carro), cioè (da occidente a oriente) Dubhe, Merak, Phecda, Megrez, Alioth, Mizar e Alkaid, con magnitudini apparenti comprese tra 1.8 a 3.3, si trovano a distanze che vanno dai 78 anni luce della più vicina (Mizar) ai 124 anni luce della più lontana (Dubhe). Così Alioth, con la stessa magnitudine apparente di Dubhe, si trova a "soli" 81 anni luce dalla Terra. Tra l'altro le due stelle estreme (Dubhe e Alkaid) tendono ad allontanarsi sensibilmente dalle altre 5 stelle: tra 50000 anni la forma della costellazione sarà molto diversa.

Le 88 costellazioni sono molto utili per l'orientamento nel cielo e sulla Terra. Molto importanti sono l'Orsa Maggiore (o Grande Carro) e l'Orsa Minore (o Piccolo Carro).

All'estremità del timone del Piccolo Carro si trova la Stella Polare, posizionata nel punto chiamato Polo Nord Celeste, attorno al quale avviene la rotazione apparente della sfera celeste.

La Stella Polare non è molto luminosa, tuttavia si può localizzarla facilmente prolungando di 5 volte verso il Piccolo Carro la distanza tra le due stelle collocate nella parte posteriore dell'Orsa Maggiore.

Delle 53 costellazioni visibili da qualsiasi punto della Terra 47 sono legate alle stagioni, 6 sono visibili tutto l'anno (non tramontano mai) e prendono la definizione di costellazioni circumpolari (in Italia Orsa Maggiore, Orsa Minore, Cefeo, Cassiopea, Drago e Giraffa). In Italia in estate si possono vedere bene Ercole, Lira, Cigno, Volpetta, Freccia, Aquila, Ofiuco, Serpente, Scorpione, Sagittario, Cavallino, Delfino, Scudo e Capricorno, in inverno Lince, Auriga, Toro, Gemelli, Cane Minore, Cane Maggiore, Orione, Unicorno, Lepre, Eridano e Cancro.

Durante l'anno il Sole sembra occupare posizioni differenti sulla sfera celeste: così il 23 settembre si trova in corrispondenza della Costellazione della Vergine, il 21 marzo (all'opposto) in corrispondenza della Costellazione dei Pesci. La verifica si fa appunto per costellazioni opposte, visto che di giorno quando c'è il Sole non si vedono le stelle che fanno da sfondo; basta vedere quale costellazione di notte si trova al centro del cielo e prendere la costellazione opposta per il giorno.

Anche se vediamo il Sole percorrere un'orbita, detta eclittica, attraverso le 12 costellazioni dello zodiaco, si tratta di uno spostamento solo apparente, dovuto al fatto che la Terra gira attorno al sole.

Lo zodiaco, molto importante per l'astrologia, è la suddivisione in 12 parti della sfera celeste. Ogni parte prende il nome della costellazione contenuta più importante (è il cosiddetto segno zodiacale). L'astrologia vorrebbe predire il futuro delle persone, ma abbiamo almeno 3 ragioni per diffidarne: 1) nulla dimostra che gli astri celesti possano influenzare la nostra vita; 2) la suddivisione in 12 parti (12 segni) è del tutto arbitraria; 3) dall'antichità le costellazioni si sono spostate (così ad es. chi nasce nei primi 15 giorni di agosto è considerato del segno del Leone, mentre il Sole, nel suo moto apparente, attraversa in quel periodo la costellazione del Capricorno).

Se l'astronomia è una vera scienza, l'astrologia di scientifico non ha nulla.