随着人们对季节变化的了解，人们便在中国古代在历法制度中又创造二十四节气。二十四节气正确地反映了一年中季节和寒暑交替的客观规律，对于指导农业生产和手工业生产有着重要的意义。
到了春秋时候，人们已经产生节气这一概念，并开始在历法中采用。但由于春秋战国时期的分裂割据，各国历法中所设置的节气没有统一，有用8个节气的，也有用30个节气的。现行的二十四节气制度，大约是在公元前3世纪末期的秦汉之交确定下来的。
二十四节气最初的设置方法，是把太阳的一个回归年长度分成24等分，并把分成的这24等分均匀地分布于一年之中。这种方法称为平气法，在传统历法中一直沿用至明代。但是太阳的周年视运动实际上是不均匀的，6世纪的北齐时，已发现了太阳运动的不均匀性，“日行在春分后则迟，秋分后则速”。于是，从隋代时起，就有人主张用太阳黄道位置来划分节气，即把黄道一周天从冬至开始，分成24等分。这样，每个节气太阳所在的位置都是固定的，而各个节气的时间长度则是不等的。如，冬至前后太阳运动快，一气只有14日多；夏至前后太阳运动慢，一气接近16日。这种方法称为定气法，它直到清代颁行时宪历时方被采用。今天我们所通用的历法，采用的也是定气法。
在传统的阴阳合历中，人们以太阳的运动来设置节气，与以月亮运动设置的月份，两者关系不固定，存在着不可克服的矛盾。往往出现时令已进入春季，而月份还在冬季，即季节与月份不符的情况，用加闰月的方法是不得已而为之，亦无法消除这个矛盾。为解决这一问题，北宋大科学家沈括大胆革新，创立了十二气历。
十二气历是完全按节气来定历的历法制度。它以12个节气定月，即立春为孟春（正月）初一，惊蛰为仲春（二月）初一，等等。大月31日，小月30日，一般大小月相间，一年最多有一次2个小月相连。月亮的圆缺虽与节气无关，但可在历中注明“朔”，“望”。
这是一种纯太阳历的历法制度，既简单，又便于各种生产活动。但是，在传统力量极为浓厚的古代是不可能被采用的。对此，沈括已经预知，说：“今此历论，尤当取怪怨攻骂，然异时必有用予之说者。”历史的进程亦正如沈括所预见的，他关于十二气历的主张，一直到清代都受到一些人的攻击。而太平天国所用的“天历”，今天行用的公历，其实质都与十二气历相似。20世纪30年代，英国气象局用于统计农业气候的“萧伯讷历”，其原理也与十二气历相同。
