浑天说的代表作《
张衡浑仪注》中说：“浑天如鸡子。天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于天内，天大而地小。天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮。周天三百六十五度又四分度之一，又中分之，则半一百八十二度八分度之五覆地上，半绕地下，故二十八宿半见半隐。其两端谓之南北极。北极乃天之中也，在正北，出地上三十六度。然则北极上规径七十二度，常见不隐。南极天地之中也，在正南，入地三十六度。南规七十二度常伏不见。两极相去一百八十二度强半。天转如
车毂之运也，周旋无端，其形浑浑，故曰浑天。”可见浑天说比
盖天说进了一步，它认为天不是一个半球形，而是一整个圆球，地球在其中，就如鸡蛋黄在鸡蛋内部一样。不过，浑天说并不认为“天球”就是宇宙的界限，它认为“天球”之外还有别的世界，即张衡所谓：“过此而往者，未之或知也。未之或知者，宇宙之谓也。宇之表无极，宙之端无穷。”（《
灵宪》）
浑天说最初认为：地球不是孤零零地悬在空中的，而是浮在水上；后来又有发展，认为地球浮在气中，因此有可能回旋浮动，这就是“地有四游”的朴素地动说的先河。浑天说认为全天
恒星都布于一个“天球”上，而日月五星则附丽于“天球”上运行，这与现代天文学的天球概念十分接近。因而浑天说采用球面坐标系，如赤道坐标系，来量度天体的位置，计量天体的运动。在古代，例如，对于恒星的昏旦中天，日月五星的顺逆去留，都采用浑天说体系来描述，所以，浑天说不只是一种宇宙学说，而且是一种观测和测量
天体视运动的计算体系，类似现代的
球面天文学。
浑天说可能始于战国时期。
屈原《天问》：“圜则九重，孰营度之？”这里的“圜”有的注家认为就是天球的意思。西汉末的扬雄提到了“浑天”这个词，这是现今所知的最早的记载。他在《法言·重黎》篇里说：“或问浑天。曰：
落下闳营之，鲜于妄人度之，耿中丞象之。”这里的“浑天”是
浑天仪，实即
浑仪（见浑仪和浑象）的意思。扬雄是在和《天问》对照的情况下来说这段话的。由此可见，落下闳时已有浑天说及其观庖瞧鳌。我国古代天文学家张衡提出的“浑天说”，认为“天之包地，犹壳之裹黄”。在一些人的想象中，地球就像一个蛋黄。
另一方面，浑天说手中有两大法宝：一是当时最先进的观天仪——浑天仪，借助于它，浑天家可以用精确的观测事实来论证浑天说。在中国古代，依据这些观测事实而制定的历法具有相当的精度，这是盖天说所无法比拟的。另一大法宝就是浑象，利用它可以形象地演示天体的运行，使人们不得不折服于浑天说的卓越思想，因此，浑天说逐渐取得了优势地位。到了唐代，天文学家一行等人通过天地测试彻底否定了盖天说，使浑天说在中国古代天文领域称雄了上千年。
浑天说出现后，盖天说并未消声匿迹。两个体系、两种学派经历了长期复杂的斗争。例如东汉的扬雄，本来是相信盖天说的，但是植谭把他说服了，用的是很生动的例子:“后与子云(即扬雄)奏事，坐白虎殿廊庞下，以寒故背日曝背，有顷日光去背，不复曝焉。因以示子云日:`天既盖转，而日西行，其光影当照此廊下而稍东耳，无乃是反应浑天实法也。”，(《桓谭新论》)扬雄被桓谭说服以后，反过来拥护浑天说，提出八个问题来责难盖天说，即所谓“难盖天八事”。这充分证明，在天象观测方面，浑天说比盖天说科学。尤其是随着时代的发展，天象观测日趋精密，盖天体系在制订历法等应用方面误差很大，更显得浑天说较为接近相对真理。但是，两种体系的争论仍然延续下去，而且不仅在
方位天文学方面，作为两种宇宙结构体系，它们间的斗争也延续了好几个朝代。为什么在事实上已经证明盖天说体系没有什么实用价值以后，仍然有人抱残守缺，想方设法维护这个过时的陈旧的学说?这正如欧洲中世纪托勒密地球中心体系与哥白尼太阳中心体系之争，实际上反映了宗教神学与科学之争一样;后来的盖天说和浑天说之争，实际上是天尊地卑的儒家哲学与从观测和经验出发的唯物论科学之争。盖天说体系中，天尊地卑的思想十分鲜明;而浑天说则认为天地俱圆，又都充斥着气体，那就没有什么上下之别，尊卑之分了。这是不符合《周礼》的等级森严的规定的。汉中叶以后，随着封建地主阶级的政权日趋巩固，封建地主阶级日益走向它们的反面，儒家思想也日益受到尊崇，孔丘的“天道日圆，地道日方”的反动说教被儒家守旧派奉为“圣人之言”，盖天说也受到儒家守旧派的维护。
从南北朝起，有的孔孟之徒又耍出新的花招，出现了“浑盖合一”的理论，想把浑天说与盖夭说合二而一如北齐的信都芳(公元五世纪)说:“浑天覆观，以《灵宪》为文;盖天仰观，以《周骼》为法。覆仰虽殊，大归是一”(引匕史·信都芳传》)浑天与盖天却变成只是观察角度的不同，而大方向倒是一致的!这可真算深得孔丘“中庸之道”的三昧真传了。而且。，以《灵宪》这部夹杂有很浓厚的盖天观点的著作，而不是以《浑天仪图注》来代表浑天说，也可以看出其别有用心。也是南北朝，梁朝的崔灵恩(公元六世纪)也说:“先是儒者论天，互执浑、盖二义，论盖不合于浑，论浑不合于盖。灵恩立义以浑盖为一焉。”(`梁书·崔灵愚传》)后来又有人提出，盖天理深难懂，浑天浅显易晓，故浑天说得以盛行。这更是想方设法为盖天说辩解，实际上是提不出任何站得住脚的理由的。最可笑的，是清代占统治地位的乾嘉学派的重要人物、“大儒”钱大听(公元1728一1804年)，在哥白尼学说传人我国以后，还辗转为陈腐不堪的盖天说辩解，说什么:“欧罗巴之俗能尊其古学，而中土之儒往往轻议古人也。盖天之说当时以为疏，今转觉其密。”(’潜研堂文集》卷二十三)这么说，盖天说甚至比哥白尼体系还强哩!其实，从
历史唯物主义的观点看来，盖天和浑天只是反映了我国对宇宙认识史上的两个不同阶段。这是人类认识发展的必然过程。浑天说是在观测和经验的基础上，在科学进一步发展的条件下，才有可能提出的。正如恩格斯所说的:“不论在自然科学或历史科学的领城中，都必须从既有的亨寒出发，因而在自然科学中必须从物质的各种实在形式和运动形式出发;因此，在理论自然科学中也不能虚构一些联系放到事实中去，而是要从事实中发现这些联系，并且在发现了之后，要尽可能地用经验去证明。”盖天说完全不能用经验去证明，而浑天说则可以用观测事实在相当大的近似程度加以证明，这就是浑天说优于盖天说的地方。但是长时期以来，浑天说也有不彻底的地方。最主要的一点是，它一直保留着盖天说的“凡日景于地，千里而差一寸”(《晋书·天文志，)这个先验的错误数据。在一个球形的大地表面上，各地日影长度之差决不可能是一个常数。球形的大地的最有力的证明是在唐开元十二年(公元724年)在著名的科学家一行(公元683一727年)的主持下，南宫说等人实地侧量了子午线的长度。结论是:“大率五百二十六里二百七十步而北极差一度半，三百五十一里八十步*而差一度。”《新唐书·天文志》)当时周天分为36赔度，周天是360度，所以当时一度合今0.9856度，折算结果，南宫说测量出子午线一度的长度约1418公里，数值是不精确的。但是无论如何，这毕竟是世界上第一次子午线实测—即用实验方法来探索大地是否为球形。子午线的实测是唯物主义的胜利，也是科学实验的胜利。“人的正确思想，只能从社会实践中来，只能从社会的生产斗争、阶级斗争和科学实验这三项实践中来。”这是历史上亿万次证明了的真理。在我国历史上，经过这番子午线侧量，以大地为球形的浑天说终于得到了科学上的证认。