广大农民群众为了搞好农业生产，在远古时期就很重视掌握农时。因为只有掌握农时，才能按照农时从事农事活动，才能够获得较好的收成。
掌握农时就是掌握节气气候的变化规律。最初人们是从观察“物候”入手，就是根据观察自然界生物和非生物对节气、气候变化的反应现象，从而掌握节气气候特征。
人们以物候为依据从事农事活动。
较早古历书《夏小正》
远古的黄帝（轩辕）时代，先民们就已初制“物候历”。较早的古历书《夏小正》，书中有物候的详细记载。
《夏小正》全书虽然只有五百余字，却以全年十二个月为序，记载了每月的天象、物候、民事、农事、气象等方面的详细内容，说明我国古人对于星辰，特别是北斗的变化规律研究已经达到了一定的水平。
不久以后，人们发现以物候来掌握节气气候还是显得粗放和不稳定。于是便求助于对天象的观测，通过观测星象的变化，找出了星象和节气变化的规律，如《鹖冠子》中记载有关北斗星斗柄的指向描述：
“斗柄东指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏；斗柄西指，天下皆秋；斗柄北指，天下皆冬……”
紧接着人们又发现，以“天象”观测来掌握节气气候，仍然显得比较粗疏、缺乏准确。
于是到了距今2700多年的春秋时期（公元前770～前476年），人们意识到日照时人的影子长短可能与太阳的位置和气候变化有某种关联。
土圭测日影
劳动人民经过反复地实践探索，获得的经验是：用土圭来测量太阳对晷针所投影子的长短，即土圭测日影的方法确定了春分、秋分、夏至、冬至节气的准确日期。
随着“两至”“两分”的确定，立春、立夏、立秋、立冬，表示春、夏、秋、冬四季开始的4个节气也相继确定。
这样“四立”加上“两分”“两至”，恰好把一年分为8个基本相等的时段，把四季的时间范围定了下来。
《吕氏春秋·十二纪》中详细记载了8个节气，而且还有许多关于温度、降水变化的内容，以及温度、降水变化所影响的自然物候现象等内容。
随着铁制工具的普遍利用和农田水利灌溉的大发展，农事活动日益精细与复杂，耕地面积日益扩大，这就使得在天时的掌握上，要有更多的主动性和预见性，以便及时采取措施。
于秦汉时代，黄河中下游地区的人们根据本区域历年气候、天气、物候以及农业生产活动的规律和特征，先后补充确立了其余16个节气。
这16个节气是：雨水、惊蛰、清明、谷雨、小满、芒种、小暑、大暑、处暑、白露、寒露、霜降、小雪、大雪、小寒、大寒。
完整二十四节气形成
至此，历时三四千年，终于形成了完整的二十四节气。西汉《淮南子》一书就详细记载了完整的二十四节气内容。
从此以后，人们对二十四节气的探索随着生产力的提高而发展前进。
对于那些对农业生产有特别意义的时段，有了更细致的阐述，并且在不同气候和农业生产特点的地区应用时，产生出大量的农谚、民谣。
二十四节气的深刻含义，已经不仅仅是节气的名称所能表示的了。