天文学在我国历史上一直与农学、医药学、算学并列，号称中国古代的四大学科。其中，天文学与算学的关系最为密切，古人称之为“天算之学”。
这里所说的“天”是指日月星辰的天体结构和运行的观测研究；“算”主要指根据这些天体运行的观测，进行定量分析和计算。
道教历来重视观测和研究天文学，素有“夜观天象”的传统。
一方面是把握、探索天地运行规律，以窥天门地户之开阖时机。这种观察的范围非常广泛，上至星象气候，下至山川河流，从复杂的生命现象到简单的物态变化，无所不包。
如《黄帝阴符经》开篇即讲：“观天之道，执天之行，尽矣”。观“天道”的目的在于“是故圣人将欲施为，必先观天道之盈虚，后执而行之”，“观其机而应之，度其时而用也”。
通过这些晓阴阳、知兴废、识生死的“观机察变”，体现了道教重视观察的科学思想，以期探索自然之奥秘。这是道教观察天文最精炼的行为及概述。另一方面，观天道的目的还在于炼丹活动和节令、气候、时间上的关系。
在炼丹过程中，为避免和降低不测风云所带来的麻烦和损失，历代道门中人进行了长期的天文学研究和气象预报活动，并积累了丰富的天气预报经验。
《雨阳气候亲机》中记录了他们通过望云气、观风雨之征兆，以分析风雨成因及气候变化的经验。他们还通过观察环境和动物行为的反常现象来预报天气及预防自然灾害的发生，并用39幅图像记录了代表各种气候征兆的“云图”像。
同时，在时间上的认识和把握，道士们也费尽心力、精于研究，并取得了巨大成就。
如陶弘景作《浑天象》时说：“此修道所须，非但史官家用”。“又欲因流水作自然漏刻，使十二时轮转循环，不须守时”。北魏道士李兰发明的“秤漏”，则对其后400年间中国“漏刻计时”技术的发展产生了重大的影响。
道教秉承“人法地、地法天、天法道、道法自然”天人合一的思想，积极研究、探索天地之奥秘。可以说，在中国历史上，从汉至唐，道教对我国的天文学、气象学乃至历法的制订，作出了巨大的贡献。