Per individuare la posizione di una stella rispetto alla Terra occorrono, come sempre nello spazio tridimensionale, tre coordinate; queste possono essere cartesiane (x, y, z) o polari (la distanza e due angoli); il primo sistema può essere comodo nei calcoli ma è inadatto alla registrazione dei dati; in Astronomia si usano dunque solo coordinate polari: la distanza e due angoli. La misura dei due angoli può essere fatta da Terra con grande precisione, quella della distanza è molto più difficile; in questa pagina ci occupiamo solo degli angoli che sono sufficienti per posizionare la stella sulla volta celeste.

Le coordinate polari usate possono essere diverse a seconda del sistema di riferimento, che può essere quello del luogo di osservazione, quello delle stelle fisse rispetto ai poli terrestri, quello delle stelle fisse rispetto al piano dell'orbita terrestre. Si hanno allora rispettivamente tre sistemi di coordinate polari:

• Coordinate altazimutali: si riferiscono al luogo di osservazione e al piano dell'orizzonte; i poli sono lo zenith e il nadir; i due angoli sono l'altezza della stella rispetto all'orizzonte e l'azimut misurato a partire dal Sud (o dal Nord). A causa della rotazione della Terra sul suo asse, le coordinate altazimutali di una stella non sono costanti e variano continuamente nell'arco del giorno sidereo.
• Coordinate equatoriali: si riferiscono alla sfera terrestre e al piano dell'equatore; i due angoli sono la declinazione che è l'altezza rispetto all'equatore e l'Ascensione Retta che è l'angolo misurato a partire dal punto gamma (equinozio di primavera).
• Coordinate eclittiche: si riferiscono al piano dell'orbita terreste intorno al Sole, detto piano dell'eclittica; i poli sono i poli dell'eclittica; gli angoli sono la latitudine che è l'altezza rispetto al piano dell'eclittica e la longitudine che è l'angolo misurato rispetto al punto gamma. Per le variazioni nel tempo di queste coordinate vale lo stesso discorso che per le coordinate equatoriali; però la precessione degli equinozi comporta solo un cambiamento della longitudine, non della latitudine.

Le coordinate celesti sono importanti nella compilazione dei cataloghi stellari; il catalogo di Tolomeo usava coordinate eclittiche; probabilmente, ma la cosa non è sicura, anche il catalogo di Ipparco usava coordinate eclittiche; i cataloghi moderni usano invece coordinate equatoriali.

Anche la montatura dei telescopi deve tener conto delle coordinate celesti; la maggior parte dei telescopi usano montature equatoriali che sono le più comode per l'inseguimento delle stelle che ruotano nel cielo parallelamente all'equatore celeste; esistono comunque anche montature altazimutali che richiedono ovviamente complessi sistemi elettronici per l'inseguimento delle stelle.