天球上的方向也是以地球自转为基础的。简单地说，它是地球上的方向的延伸。天轴和南北天极是地轴的延伸；天赤道则是地球赤道的扩大。在地球上，南北两极是南北方向的标志，向北就是向北极，向南就是向南极。天球上的南北方向也是有限方向。若某天体比另一天体更接近天北极，那么，该天体就在它的北方，反之亦然。在地球上，赤道和纬线方向都表示东西。在天球上，天赤道和赤纬圈方向也表示东西方向。天球周日运动的方向，就是向西；与此相反的方向，则为向东。值得注意的是，若在天外俯视天北极，天球周日运动（向西）是顺时针方向旋转；而在地球上仰视天北极，则天球周日运动（向西）呈逆时针方向旋转。

　　地球上的距离，有角距离和线距离。但在天球上，只有角距离而没有线距离，因为天球的大小是任意的。至于两天体间的实际距离，例如，牛郎星和织女星相距16.4光年，那是指空间的直线距离，而不是天球上的距离。天球上的任何一点，都只代表一个空间方向；任何两点间的弧长，实际上就是两个方向间的夹角。例如，牛郎星和织女星的角距离约为35°，

　　左：如在天球外俯视天球和地球，那么，天上和地上的东西方向一致，顺钟向为向西。

　　右：在地球上仰望天极，那么，天上的东西方向同地上相反，逆钟向为西。

　　牛郎和织女在地心天球上相距35°，它们的空间距离16.4光年，无法在天球上反映出来。