很久以前，人类观察到自然现象，发现房屋和树木的影子在太阳光照射下呈现出规律性的变化。为了理解这些变化，人们在平地竖起一根木棍或石柱，称为“表”，通过测量其影子的长度和方向，以此来判断时间的流逝。这种简单的工具帮助人们了解一天的时间流逝。
进一步的观察中，人们发现正午时的表影总是指向正北方向。于是，他们制作了一种特殊的尺子，用石板制成，垂直于立表，一端连接表基，另一端指向北方，这就是“圭”。通过观察正午时表影落在石板上的长度，古人可以直接读取时间信息，甚至用于确定节气和一年的长度。
经过长期的天文观测，古人发现正午表影的长度在一年中呈现出显著变化：夏至日，阳光直射，表影最短；冬至日，阳光斜射，表影最长。他们利用这个规律，通过测量两次最长表影间隔的天数，确定了一年的时间长度，这正是我国古代365天多一点的年份计算基础。这种天文知识在河南登封的观星台上得到了具体体现，如40尺高的高台和128尺长的量天尺，它们实际上构成了一个巨大的圭表系统。
圭表和日晷一样，也是利用日影进行测量的古代天文仪器，早在公元前7世纪，我国就开始使用了。据说，日晷还是在它的基础上发展起来的。圭表是测定正午的日影长度以定节令，定回归年或阳历年。在很长一段历史时期内，我国所测定的回归年数值的准确度斗居世界第一。通过进一步研究计算，古代学者还掌握了二十四节气的圭表日影长度。这样，圭表不仅可以用来制定节令，而且还可以用来在历书中排出未来的阳历年以及二十四个二节令的日期，作为指导农事活动的重要依据。