De as van de aarde staat niet loodrecht op de baan van de aarde rond de zon, maar helt onder een hoek van 23,4 graden. Als gevolg daarvan varieert de schijnbare positie van de zon aan de hemel op een bepaald moment van de dag gedurende het jaar. Wanneer de zon gemiddeld hoger aan de hemel staat, bereikt er meer zonlicht een bepaald gebied op aarde. Gedurende het jaar leidt dit tot warmere en koelere periodes, die meer uitgesproken zijn voor regio's die verder van de evenaar van de aarde liggen, en die de seizoenen worden genoemd. De seizoenen op het noordelijk halfrond zijn tegengesteld aan die op het zuidelijk halfrond: de noordelijke zomer, wanneer het noordelijk halfrond maximaal naar de zon is gekanteld, is de zuidelijke winter, waarbij het zuidelijk halfrond van de zon is afgekanteld, en vice versa voor de zuidelijke zomer. Veel delen van de aarde die dicht bij de evenaar liggen, hebben seizoenen die verschillen van het zomer- en winterpatroon dat we zien op gematigde en arctische breedtegraden. Opgemerkt moet worden dat de duur, het begin en het einde van elk seizoen kunnen worden beïnvloed door culturele gebruiken en de tijdsperiode.
De equinox is het moment waarop de zon, tijdens haar jaarlijkse reis langs de ecliptica, de hemelevenaar passeert. Het woord is afgeleid van het Latijnse aequinoctium, met aequus (gelijk) en nox (genitief noctis) (nacht). Op de dag van een equinox zijn de dag en de nacht overal op aarde ongeveer even lang, en niet alleen in de buurt van de evenaar. Voor een waarnemer op aarde komt de zon precies op vanuit het oosten en beweegt hij zich die dag schijnbaar langs de lijn van de hemelevenaar, om vervolgens precies in het westen onder te gaan. Er zijn twee equinoxen per jaar, één rond 20 maart en één rond 23 september. Wanneer de equinox in maart plaatsvindt, duidt dit op de schijnbare beweging van de zon naar het noordelijk halfrond; bij de equinox in september beweegt de zon schijnbaar naar het zuiden.
Het Hertzsprung-Russell (of HR)-diagram is een grafiek van twee observationele eigenschappen van sterren: op de ene as staat het totale vermogen dat door sterren wordt uitgestraald (luminositeit) en op de andere as staat hun effectieve temperatuur of spectraaltype. Wanneer de effectieve temperatuur wordt gebruikt, wordt deze weergegeven op een logaritmische schaal, die van rechts naar links toeneemt. Het HR-diagram is vernoemd naar twee wetenschappers: Ejnar Hertzsprung en Henry Norris Russell, die als eersten verschillende versies van deze grafiek maakten om de eigenschappen van sterren te begrijpen. De gegevenspunten die overeenkomen met de zogenaamde “hoofdreekssterren” liggen in deze grafiek op een diagonale band van linksboven naar rechtsonder. Gegevenspunten die overeenkomen met reuzensterren liggen boven en rechts van de hoofdreeksband. Witte dwergen liggen onder en links van de band.
Het HR-diagram kan ook een nuttig kader zijn om de evolutie van een ster in de loop van de tijd weer te geven. Zodra een ster is gevormd, wordt deze op de hoofdreeks van het HR-diagram geplaatst en blijven de temperatuur en helderheid ervan gedurende enige tijd ongeveer constant. Later, naarmate de ster evolueert, zal de temperatuur dalen en de lichtkracht toenemen. Dit betekent dat de positie van de ster op het HR-diagram naar boven en naar rechts verschuift, weg van de hoofdreeks naar de reusachtige tak. De evolutie van een ster, met name de veranderingen in temperatuur en lichtkracht, kan worden weergegeven door een curve in het HR-diagram. Zo kan de evolutionaire toestand van een ster worden bepaald aan de hand van zijn temperatuur en lichtkracht met behulp van het HR-diagram.
In de astronomie verwijst culminatie naar het moment waarop een hemellichaam de lokale meridiaan van de waarnemer passeert. Wanneer een hemellichaam aan de hemel de meridiaan passeert, bevindt het zich op het hoogste of laagste punt aan de hemel.
Vanuit het perspectief van de waarnemer lijkt de hemelbol rond de aarde te draaien. Dit betekent dat hemellichamen aan de hemel gedurende een dag een cirkelvormige baan volgen. De meeste objecten komen op in het oosten, bewegen zich hoger aan de hemel totdat ze de meridiaan passeren en bewegen zich vervolgens lager aan de hemel om in het westen onder te gaan. Circumpolaire objecten zijn objecten die dicht genoeg bij een van de hemelpolen staan, zodat een waarnemer hun volledige cirkelvormige baan gedurende een siderische dag (iets minder dan 24 uur) kan zien. In alle gevallen bereikt een hemellichaam het hoogste punt aan de hemel wanneer het de meridiaan passeert. Het moment waarop het dit hoogste punt bereikt, wordt de bovenste culminatie genoemd. Twaalf (sterren)uren later, wanneer het object zich op het laagste punt aan de hemel bevindt (vaak onder de horizon), wordt dit moment de onderste culminatie genoemd.
Aangezien culminatie het moment is waarop een hemellichaam de lokale meridiaan van de waarnemer passeert, wordt het vaak aangeduid als meridiaanovergang of meridiaanpassage. De uurhoek aan de hemel wordt gedefinieerd ten opzichte van de lokale meridiaan van de waarnemer, dus per definitie vindt de bovenste culminatie plaats bij een uurhoek van nul en de onderste culminatie bij een uurhoek van 12 uur.
Een ellips is een tweedimensionale vorm die lijkt op een afgeplatte of langgerekte cirkel. De grootste afstand over een ellips wordt de hoofdas genoemd en de kortste afstand wordt de nevenas genoemd. Een ellips heeft twee brandpunten (meervoud van brandpunt) die langs de hoofdas liggen en beide dezelfde afstand hebben tot de breedste punten. Op elk punt op de ellips is de som van de afstanden tot de twee brandpunten constant. De excentriciteit, e, van een ellips bepaalt hoe afgeplat deze is en ligt binnen het bereik 0
Een gesloten baan, zoals de baan van de aarde rond de zon, volgt de vorm van een ellips. Een baan wordt gekenmerkt door de halve lange as (de helft van de lengte van de lange as) en de excentriciteit, maar om een baan volledig te beschrijven moet ook de oriëntatie van de ellips bekend zijn.
Niet-gesloten banen, zoals kometen die slechts één keer het binnenste zonnestelsel bezoeken voordat ze de interstellaire ruimte in worden geslingerd, volgen parabolen (e=1) of hyperbolen (e>1).
De hoofdreeks is een lange, dunne groep sterren op het Hertzsprung-Russell-diagram. Deze reeks omvat sterren die zich in de belangrijkste waterstoffusiefase van hun evolutie bevinden. Behalve de minst massieve sterren, verlaat een ster na voltooiing van de waterstoffusie in de kern de hoofdreeks en begint hij te evolueren naar de reuzengroep. Sterren in de hoofdreeks worden vaak dwergen genoemd om ze te onderscheiden van reuzen. Hete sterren op de hoofdreeks zijn helderder dan koele sterren op de hoofdreeks. De heetste sterren fuseren waterstof snel, waardoor ze vaak maar een paar miljoen jaar op de hoofdreeks blijven. Sterren zoals de zon blijven ongeveer tien miljard jaar op de hoofdreeks, terwijl koelere sterren nog langer een stabiele waterstoffusie behouden.