Pronto, el conocimiento de los movimientos cíclicos del Sol, las Lunas y las estrellas mostraron su utilidad para la predicción de fenómenos como el ciclo de las estaciones, de cuyo conocimiento exacto dependía directamente la supervivencia de cualquier grupo humano: cuando la actividad principal era la caza era fundamental predecir el instante el que se producía la migración estacional de los animales que les servían de alimento y, posteriormente, cuando nacieron las primeras comunidades agrícolas, era trascendental conocer el momento exacto para sembrar y también para recoger el fruto.
La alternancia del día y la noche debe haber sido un hecho explicado de manera obvia desde un principio por la presencia o ausencia del Sol en el cielo y el día fue seguramente la primera unidad de tiempo universalmente utilizada.
Debió de ser importante también desde un principio el hecho de que la calidad de la luz nocturna dependiera de la fase de la Luna, y el ciclo de veintinueve a treinta días ofrece una manera cómoda de medir el tiempo. De esta forma los calendarios primitivos casi siempre se basaban en el ciclo de las fases de la Luna.
En cuanto a las estrellas, para cualquier observador debió de ser obvio que las estrellas son puntos brillantes que guardan entre sí las mismas distancias relativas, es decir, conservan un esquema fijo noche tras noche.
Así parecería natural interpretar que las estrellas estuviesen fijas a una especie de bóveda sólida que rodeara a la Tierra, pero que el Sol y la Luna no deberían estar incluidos en ella: la Luna noche tras noche cambia su posición relativa, y hasta visiblemente, en el curso de una misma noche. Para el Sol esto es menos obvio, ya que cuando el Sol está en el cielo las estrellas no son visibles; pero el cielo nocturno contiene las estrellas de la otra mitad del cielo, y el aspecto de esta mitad visible cambia noche tras noche.
El orto de ciertas estrellas es el hecho que determinará la división del tiempo y la fijación de los días.
Del Megalítico se conservan grabados en piedra de las figuras de ciertas constelaciones: la Osa Mayor, la Osa Menor y las Pléyades. En ellos cada estrella está representada por un alvéolo circular excavado en la piedra.
Del final del Neolítico han llegado hasta nosotros menhires y avenidas dolménicas, es decir, alineamientos de piedras; la mayor parte de ellos orientados hacia el sol naciente (Este), aunque no de manera exacta sino siempre con una desviación de algunos grados hacia la derecha. Este hecho hace suponer que suponían fija la Estrella Polar e ignoraban la precesión de los equinoccios.
Con el tiempo, se observó que el esquema visible de las estrellas realiza un giro completo en poco más de 365 días. Esto lleva a pensar que el Sol describe un ciclo completo contra el fondo de las estrellas en ese intervalo de tiempo. Además este ciclo de 365 días del Sol concuerda con el de las estaciones, y ya antes del 2500 a.C. los egipcios usaban un calendario basado en ese ciclo, por lo que cabe suponer que utilizaban la observación astronómica de manera sistemática desde el cuarto milenio.
En efecto el año egipcio tenía 12 meses de 30 días más 5 días llamados epagómenos. La diferencia, pues, era de ¼ de día respecto al año solar. No utilizaban, pues, años bisiestos: 120 años después se adelantaba un mes, de tal forma que 1456 años después el año civil y el astronómico volvían a coincidir de nuevo.
A este intervalo de tiempo se le llama período sotíaco, por la estrella Sothis, nuestro Sirio, (el Sepedet de los egipcios), que sirvió a los egipcios para determinar el principio de su año.
El Nilo empezaba su crecida más o menos en el momento en que la estrella Sothis, tras haber sido mucho tiempo invisible bajo el horizonte, podía verse de nuevo poco antes de salir el Sol.
El calendario egipcio tenía tres estaciones de cuatro meses cada una:
La apertura del año egipcio ocurría el primer día del primer mes de la Inundación, es decir, aproximadamente cuando la estrella Sirio comenzaba de nuevo a observarse un poco antes de la salida del Sol.
De finales de la época egipcia (144 d.C.) son los llamados papiros de Carlsberg, donde se recoge un método para determinar las fases de la Luna, procedente de fuentes muy antiguas. En ellos se establece un ciclo de 309 lunaciones por cada 25 años egipcios, de tal forma que estos 9125 días se disponen en grupos de meses lunares de 29 y 30 días. El conocimiento de este ciclo permite a los sacerdotes egipcios situar en el calendario civil las fiestas móviles lunares.
La orientación de templos y pirámides es otra prueba del tipo de conocimientos astronómicos de los egipcios: las caras de las pirámides están vueltas haacia los cuatro puntos cardinales, de forma que, por ejemplo, la desviación al Norte de las pirámides de Keops y Kefrén es de 2´28", es decir, prácticamente despreciable dada la dimensión del monumento.
Probablemente esta orientación la efectuaban sabiendo que la sombra más corta de un objeto es la que apunta al Norte.