推算年、月、日的时间长度和它们之间的关系，制定时间顺序的法则就叫历法。
早在古代，人们就已经在生产和生活的实践中，通过对日月星辰的长期观测，逐渐了解并掌握了月亮、太阳和星星的运动规律：由昼夜交替的现象，形成了“日”的概念；根据月相变化及月亮运动周期，形成了“月”的概念；从四季交替循环现象中，形成了“年”的概念。这三个概念的形成，因为依据对象不同而相互独立。如果把四季中日照竿影最长的一天称为冬至点，那么连续两个冬至点之间所经过的时间就是1年(1回归年)；如果把朔之后出现的月相叫做新月，那么再次出现新月所需要的时间就是1个朔望月；日的长度很好定，就是连续两次太阳在正南，使日照竿影最短的时间间隔。但古人很早就发现，当把日的长度确定下来后，年的长度不是日、月的整数倍，月的长度也不是日的整数倍。(现代精确测定，1回归年为365.2422平太阳日，为12.3683朔望月；1朔望月为29.5306平太阳日。)可是制定历法，人们又不习惯于把完整的一日分属在相连的两个月或相连的两个年里，于是世界各国历代制定的历法，因当地风俗习惯的不同、侧重点不同而被规定得各种各样。我们大体可以把它们分为3类：一类是阳历，其中年的日数依据天象，平均约等于回归年，月的日数和年的月数则人为规定，如公历、儒略历等；另一类是阴历，其中月的日数依据天象，平均约等于朔望月，年的月数则人为规定，如伊斯兰教历、希腊历等；还有一类是阴阳历，其中年、月的日数都依据天象，月的日数平均约等于朔望月，年的日数又平均约等于回归年，如我国现在还采用的农历及藏历等。
此外历法的内容还有确定年首、月首、节气以及比年更长的时间单位等。
原始的计时单位——日的由来
人类最早认识的第一个时间单位不是年，也不是月，而是日。
在原始群居的渔猎时代，没有任何东西能够像黎明降于大地的光明和温暖，以及日落带来的黑暗与寒冷更影响人类的生存。太阳东升西落，周而复始，循环出现。这一次日出到下一次日出，或这一次日落到下一次日落，这样天然的时间变化周期，使人们逐渐产生了日的概念。
有了“日”这一概念之后，人们便开始计数日期。计数日期是古人同大自然作斗争的需要，也是认识史上合乎逻辑的发展。但是在那样的时代，那样的条件下，要计算日子并不是一桩容易的事情。
正如前面已介绍过的那样，传说古人最初是用“结绳记日”以及“刻木记引”等方法来计算日子的。这些传说反映了古人对日出日落最初期的直观计数，并非臆测，即使在今天，在我国一些少数民族(例如独龙族和佤族)的习俗中，也还能够找到类似的痕迹。
我国有据可考的最早的记日方法是殷商时代的甲骨文干支表。干，指天干。它由“甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸”10个字组成。支，是地支，它用“子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥”12个字表示。一个天干配上一个地支。就组成一对干支。如天干以“甲”字开始，地支以“子”字开始，按这样顺序组合，可得六十对干支，称为六十甲子或六十花甲。选取某一天为开头，以后的日子就都可以称呼了。这种方法虽然简单，但它出现在3000多年以前的殷代，不能不说是一大创造。据史料记载，我国从春秋时期鲁隐公三年(公元前722年)二月己巳日起就开始连续记日，直到清代宣统三年(公元1911年)止，共2600多年，这是迄今所知世界上最长的记日资料。
干支还被用来记月，但时间不长就废止了。用干支记年大约始于东汉初期，以后从未间断过。直到今天，例如1983年，我国的日历上还印有“癸亥年”字样。这就是说，公元1983年，农历是癸亥年。
月的由来
晴朗的夜空，明月高悬，清澈如镜。那多变的月亮，占往今来，引起了人们多少遐想和憧憬！“嫦娥奔月”，千古传诵，脍炙人口。“寂寞嫦娥舒广袖，万里长空且为忠魂舞。”这不朽的诗句，更为美丽的神话壮色生辉。
月亮是夜空中最显著的天象。在没有灯烛的古代，捕捞、放牧以至某些农活，都可以在月光下进行。即使到了可以用火来照明的时代，月亮对于人们也还有颇大的影响。“举事常随月，盛壮以攻战，月亏则退兵”(《汉书·匈奴传》)，连行军打仗也要利用月色。因此，对于古人来说，月亮的作用仅次于太阳。
常羲“生月十有二”大概是古人对月亮的最初期的认识。他们认为月亮从圆到缺就慢慢死去，下一个月出来的是新生的月亮。但是“夜光何德，死则又育”(屈原：《天问》)则反映古人对于月亮的进一步思索。
月亮的升落，以及它的圆缺变化是人类最早认识的天象之一。我国周代的金文，把从“肋”——初三新月出现开始，叫做“初吉”。由“肋”向前推，每月初一、三十，完全看不到月亮，这就是“朔”。十五前后月亮最圆，称为“望”。人们注意到朔望变化具有相当准确的周期，由此产生了朔望月概念。
所谓朔望月，就是把从这一次朔到下一次朔，或这一次望到下一次望的时间间隔定为一月，它等于29～30天。
朔望月的出现是人类继“日”之后认识的又一个时间周期。从原始计时单位“日”发展到更长的时间单位“月”，标志着人类对于时间的认识和测量又向前迈进了一步。
现在我们知道，月亮是地球的卫星。它绕地球运动，本身不发光，而反射来自太阳的光。在地球和月亮一道绕太阳运动的过程中，太阳光有时能完全照亮朝向地球的月面，有时只照亮一部分，有时则完全照不到。因此，生活在地球上的人就会看到月亮有不同的形状，称为月相，又叫盈亏。
月相变化有五个主要阶段：新月一上弦一满月一下弦一残月。新月在农历初二三傍晚出现在天空的西方，就是前面提到的“肋”。上弦月出现在初八九，能看到半个月面。满月在十五六，此时太阳和月亮正好隔着地球遥遥相对，所以又称作“望”。下弦月是二十六七清晨出现在天空东方的弯月。在每月初一和三十，月亮朝向地球的一面恰好背着太阳，这就是上面说到的“朔”。
一个朔望月包含多少天？这不是一个简单的数字。因为月亮绕地球运动的轨道是一个椭圆。月亮在椭圆轨道上运动的时候，其中有一点离地球最近，叫近地点；有一点离地球最远，叫远地点。在近地点附近，月亮运动速度较快；在远地点附近，月亮运动速度较慢。因此，月亮的运动速度不是均匀的，而是周期性变化的。加之太阳视运动也有周期性变化，所以月亮每圆缺一次，所经历的时间也就不是固定的。现代观测表明，较为准确的朔望月长度约为29.5306天。请记住这个数字，它是阴历中分大、小月的原因和依据。
年的由来
在人们的现代生活中，对于较长的时间间隔，例如追忆往事或计划将来，往往以“年”为单位。我们今天对“年”已经习以为常了。但是人类认识这一周期并把它组织成适用的时间单位，却花去了科学史上上千年的时间！
虽然目前科学史家还不能确切地说明年这个概念产生的具体年代，但有一点可以肯定，即它一定是随着农业社会的发展而出现的。西安半坡遗址窖藏的粟粒，保存在陶罐中的白菜和芥菜种籽；浙江余姚河姆渡遗址中大量的稻谷，这些都说明从黄河流域到长江以南的广阔土地上，远在6000年前就有了一定水平的农业。应当承认，那个时候人们已经基本掌握四时变化的基本规律和农作物生长周期的关系了。因为农业的发展，从一开始就有赖于掌握时令。
当然我们不是说那个时代的人已经学会观察天象并掌握其变化规律了。年的交替是地球绕太阳公转运动的周期。在那样的时代(大约是新石器时代)不但没有观察天体运动规律的科学水平，而且也根本不知道地球是绕太阳在运动。“地动说”是近代波兰天文学家哥白尼在17世纪才提出来的。
因此我们可以认为原始人类认识年，最早不是根据天象，而是根据大地上各种自然现象：河水泛滥，草木枯荣，鸟兽迁徙，寒暖交替，等等。即使在今天，有些农民根据这些自然现象判断季节，相差也不会太大。这些自然现象统称方“物候”。
我国古代劳动人民在长期的生产活动中积累了大量观察物候的经验。在古籍《夏小正》中，已经有了丰富的物候描述，其中有一段说：
正月，雁向北飞，鱼儿上浮，田鼠出洞，桃树开花；
二月，开始种黍，羊儿产羔，堇菜发芽，昆虫蠢动；
三月，桑叶萌发，杨柳抽枝；
四月，杏树结果，沟河田间有蛙鸣；
五月，杜鹃啼，蝉儿叫，夏瓜结果；
六月，桃子熟了，小鹰正学飞；
七月，雨季到来，苇子长成了；
八月，瓜熟季节，枣儿也下来了；
九月，大雁南迁，菊花盛开，鸟兽准备过冬；
十月，乌鸦乱飞，准备狩猎；
十一月，鹿角秃了，狩猎开始；
十二月，昆虫潜入地下，鸢鸟在天上飞鸣……。
我国古代关于物候的记载还有很多，几乎每个民族都有自己的《夏小正》。这些物候观察最初纯属直观的。但是，在大量的直观观察基础上，古人必然会开始思考这些物候的变化规律，从而逐步形成年的概念。
当然各个民族，由于他们生活的环境不同，观察对象不同，产生“年”这一概念所依据的物候现象也就会各不相同。例如《魏书》中描述岩昌羌族的习俗时说：“俗无文字，但候草木荣枯以记岁时。”我国古代对年也有不同的叫法(即使现代也是如此)。《尔雅·释天》中对年的解释说：“夏日岁，商曰祀，周曰年，唐虞曰载。”《魏书》中所说的“草木记岁”，也就是记年。
另外生活在我国北方草原上的古代蒙古族人民，则干脆以牧草一青为一年。他们把几岁叫做“几草”，或“草青几度”。
古代的物候观察一般比较粗疏，加之气候变迁，所以即使是同一地区，物候现象也会因时而异，不能适应农牧业发展的需要，这就促使古人慢慢学会利用天象变化纪年。
四季的划分
认识了年以后，古人在劳动实践中又对年进行了细分。一分为二，二分为四，产生了四季。
我们现在称春夏秋冬为四季，古人则称它为四时。早期的四时划分是人为的。春暖，夏热，秋凉，冬寒，在各个地区并不一样。世界上，有的地方分两季：旱季和雨季；有的地方分三季：雨季、冷季和热季；个别地方甚至分为六季。但是春、夏、秋、冬四季之名却在全世界普遍使用。
我国古代四时划分最初来源于“四方”。《管子·四时》篇中有这样的说明：
东方曰星，其时曰春
南方曰日，其时曰夏
西方曰辰，其时曰秋
北方曰月，其时曰冬
在外国，最早对年进行四分的是古希腊。古希腊人以昴星团和大角星的升落为标志，将一年划分为春夏秋冬四季。
随着天文学的发展，大约过了许多世纪，人们才逐步把四季同太阳周年视运动联系起来。
我们知道，太阳是一颗恒星，地球绕着太阳在运动。地球的运动包括两部分，一是自转，二是公转。自转一周是一天，公转一圈为一年。我们生活在地球上，觉察不出地球的运动。晚上看到星星在天空中运动，白天看到太阳在天空中运动。天文学上把这种看上去的运动称为视运动。
仔细观察太阳的视运动情况，你会发现太阳除了每天东升西落外，还有一种在恒星背景上的运动。这种运动经过一定时间，使太阳自身在群星之间绕行一圈，然后又回到原来的起始位置。它反映在天球上，就是太阳在天球上画了一个大圆。这个大圆叫做黄道。黄道和赤道在天球上相交于两点，一个叫春分点，一个叫秋分点。在黄道上，同春分点和秋分点相对的还有两点，即夏至点和冬至点。太阳在黄道上的运动叫太阳的周年视运动。如果以春分点作为起算点，太阳沿黄道运动一圈又回到春分点的时间，就是一个回归年。
太阳在黄道上运动时，每年在阳历3月21日前后从天球的南半球通过春分点进入北半球，此时地球上昼夜的时间相等。在6月21日左右，太阳到达夏至点，这时地球上北半球中午的太阳高度最高，白天的时间最长。在9月23日左右，太阳又由天球的北半球通过秋分点进入南半球，地球上昼夜时间再次相等。在12月22日左右，太阳到达冬至点，地球上北半球中午的太阳高度最低，白天的时间最短。地球上的季节，由春到夏，以至秋冬，暑往寒来，循环不已，就是由于太阳这种周年视运动引起的。
四季以两个分点(春分点和秋分点)和两个至点(夏至点和冬至点)作为每一季节的中点。冬至到春分的中点是春季的开始，称为“立春”。其他各季，依此类推。
研究历法的意义
由于生产和生活的需要，早在古代人们就渴望了解并掌握昼夜、月相和季节的变化规律，以及更长的时间计量方法。世界各文明古国很早就开始根据天象观测制定历法。现在我们已经知道，日有恒星日、真太阳日和平太阳日之分，月有恒星月和朔望月之分，年有恒星年和回归年之分。
历法中，我们应该选择哪种年、月、日作为标准呢？
古代人用真太阳日作为“日”的长度，但真太阳日忽长忽短，不适合作为计算时间的单位。恒星日虽然较均匀，但却与人们的生活关系不大。人们的日常生活和太阳的出没、昼夜交替密切相关，如人们常说的“日出而耕，日落而息”，正反映的是人类对太阳的依赖。而恒星日的开始却不定，春分那天是从中午开始，而秋分那天却从半夜开始。于是人们总结并设想出了一个平太阳日，这就是直到今天我们仍在使用的基本时间单位。虽然现在我们知道恒星月是月亮绕地球公转的真正周期，但是它与我们的日常生活没有什么联系，自古以来能引起人们密切关注的是朔望月。月亮的圆缺盈亏不但显著，而且与人类的夜间活动、与潮汐的变化等有着密切的关系，朔望月因此也就自然成为比日更长的计时单位。比月更长的计时单位，恐怕怎么也不能忽略四季的周期变化。农作物的种、收等与人类生活息息相关，与此对应的只能是根据太阳得到的回归年而非恒星年。由于历法中所用的日、月、年都并不准确地等于真太阳日、朔望月、回归年，我们就称它们为“历日”、“历月”、“历年”。
时间的标准长度单位已经确定，只需进一步精确即可。但编制历法仍然困难重重：如何使每一天不同于其他任何日期，以便记录各种事件发生的顺序；如何根据历法预告寒暑的来临、月相的变化……这里最困难的恐怕是规定1.年中的月数、1月中的日数，因为日、月、年之间没有最大公约数，1回归年为365.2422平太阳日，1朔望月为29.5306平太阳日。如何使编出的历法中年的长度等于回归年，月的长度等于朔望月，而且使用方便、容易记忆……这些要求实际上是无法同时满足的，但如果处理不当，长期积累下去势必破坏月份与季节、日期与月相的一致性。今年2月可能瑞雪纷飞，过多少年后就可能成了梅雨绵绵；今年八月十五是中秋节，过一段时间后可能八月初一月就圆了……使用这种寒暑倒置、朔望失常的历法，对我们的生活极为不便。所以，怎样根据日、月、年之间的实际关系，进行适当的调整与安排，使日序的进行既能符合自然现象的节拍，又能适应人类的生活规律，并尽，可能地工整、简便、易记、易用，的确是门学问。
今天在世界上大多数国家通用的公历与历史上各国的旧历相比，无疑是当前处于先进地位的历法。但公历也仍存在着许多不尽人意的地方，比如每月的日数不一，闰日过多(每4年便有一闰，400年中，闰日多达97个)，这对推算过去、将来的日期均有不便。近百年来，世界上曾有许多科学家在探求改历的方法，1910年还在伦敦召开过“世界改历会议”。至今所见改历方案已达百多种，但仍未见一部公认最科学、最实用的新历。改历之所以如此困难，是因为日历受着天象运行的严格约束。现在新测算出的回归年的长度为365.24219879平太阳日，虽然这小数点后的尾数已经难倒了众多科学家，但也许又一个更容易推算、记忆，用上万余年也不会出现天象错步的新历方案正在悄然形成之中。