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在我国占代天文史上，三国、两晋、南北朝时期的成就，也是值得重视的。汉以后，三国鼎立，两晋、南北朝政权分据的情况下，各方政权采取了一些政治和经济上的改革措施，以图自身的生存和发展;同时，由于各兄弟民族进入中原，促成了各民族的大融合，从而各方的生产技术广泛交流，促进了科学技术的大发展。
出现了大批科学家，其中如刘徽、祖冲之、张子仪，他们在数学、天文学等方面的卓越成就，为唐代高度发达的封建文明奠定了以天文学为首的科学技术基础。其中，天文家根据实际观测，修正和发展了以前各朝代对天体运行的认识，在天文，历法方面取得了一系列新的发现，大大充实了我国古代天文学体系的内容。产生了大量有关天文、历法的书籍，学术研究的风气十分活跃。
关于岁差的发现，是这个时期对世界天文、历法所做出的巨大贡献之一。岁差，在天文、历法上是一个重要环节。由于太阳、月亮和行星对地球赤道突出部份的摄引，使地球自转轴的方向不断发生微小的变化，使冬至点在恒星间的位置逐年西移，每年的移动值就叫“岁差”。西汉末年，刘欲开始察觉冬至位置的变化。他对历代沿用的冬至点在牵牛初度的这种测定，与他们观测的实际天象有差距而深感困惑。但又不敢推翻传统的天文观测成果。之后，刘洪在刘欲关于岁差研究的基础上，又继续观测，才明确指出说“冬至日，日在斗二十一度。”但刘洪却还未能把这一重大发现联系到对历法的影响。
至东晋，虞喜又在前人研究成朱的基础上继续观测，通过同一时节星辰出没的时刻与在古代所记录的时刻作比较，发现恒星的出没时间确实比古代所记录的时间提前了。这一发现说明了春分、秋分点，冬至、夏至点已向西移动了。因此，虞喜得出一个结论:“天为天，岁为岁”，就是说:太阳周年视运动一周天并非就是太阳从冬至点到冬至点的一周岁。由于冬至点的西移，太阳从今年冬至到明年冬至，并未回到原来在恒星间的位置。虞喜根据万史记录，推演计算出每五十年向西移一度的岁差值，数目虽不准确，但他却是世界上最早探索出岁差规律的科学家。他这一发现和创新，又是我国对世界天文、历法的一项重大贡献。
继虞喜之后，南朝的何承天，对岁差规律进行了长时间研究。他利用徐广四十余年的岁差观测资科，又加上他自己约四十年的观测资料，并与古代的观测记录一一比较研究，得出了一百年差一度的岁差数值，但是直至宋代，祖冲之编制的《大明历》才首先把岁差的存在应用到历法中去。岁差之应用，对历法推算精度的提高，有极重要的作用。虽然祖冲之当时所用的岁差常数比较粗略，但自此以后，回归年和恒星年两个不定的概念逐渐为全世界天文、历法工作者们所接受，成为制定历法所必须考虑的因素之一。为世界历法向精度发展作出了重要贡献。
关于太阳，五星视运动不均匀性的发现，是继岁差现象的发现之后的又一个划时代的发现。北齐时代民间天文学家张子仪，在一个海岛上利用浑仪对日、月五星进行三十余年的观测，发现了太阳和五星视运动不均匀的现象。他指出:“日行在春分后则迟，秋分后则速。”又指出:“五星见伏，有感召向背。”这些发现于后世历法的改进，产生了极其深远的影响。
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