冬至在历法中通常作为一年的起始点，所以确定冬至点对纪时、授时都至关重要。我国先民很早就注意到，如果在地面上直立一根竿子，就会在地面投出一条细长的影子。这条影子的长度和方向在一天中不断变化，而且变化完全有规律可循。人们逐渐掌握了这些规律后，这根竿子就逐渐演变成了一种简单、用来测节气的天文仪器——圭表。

圭表的构造相对简单，它由圭和表两个部件组成，与地平行的部分称为圭，垂直立于地平的部分为表。二者的端点相接。古代制式的圭表，表高多设为八尺，圭则在表面刻上刻度用于测量表影长度。

由于不同季节太阳在正午时分的高度角不同，表投在圭上的影长也随之不同。在北回归线以北到北极圈以南的地区，正午时分太阳永远在正南方向，冬至日太阳高度角最低，表影最长，夏至日则相反。

中国古代用圭表测影确定冬至的实践至少可以追溯到周代。到元朝郭守敬时，较为理想的推算方法配合十分精准的测影数据，使推定冬至时刻的误差减小到1刻（约14.4分钟）以内，达到了中国古代测定冬至时刻精度的巅峰。