Spesso, in astronomia sferica, si trascura la distanza $\rho$ a favore delle due coordinate angolari, sufficienti per risolvere i numerosi problemi in cui l’informazione  importante da conoscere è la direzione di un astro rispetto all’osservatore, più che la sua distanza. L’osservatore si immagina al centro di una sfera ideale di raggio molto grande e di valore unitario; la posizione dell’osservatore coincide anche con l’origine dei tre assi cartesiani. Si immagina inoltre che i corpi celesti siano disposti tutti sulla superficie di questa sfera. Si decidono una direzione fondamentale e, di conseguenza, un piano fondamentale e tutti gli altri elementi come descritto in seguito. Per quanto riguarda la nomenclatura di questi elementi geometrici e delle coordinate sferiche esistono diverse convenzioni tradizionali e tuttora valide che sono specifiche per ciascun sistema di riferimento adottato in astronomia.

  • Una direzione fondamentale (chiamata anche asse fondamentale o asse polare) che coincide con l’asse Z e che passa per il centro della sfera.  L’asse fondamentale interseca la sfera in due punti opposti chiamati poli. Il polo che si trova sulla parte positiva dell’asse Z è scelto come polo “superiore”.
  • Un piano fondamentale, perpendicolare all’asse fondamentale e passante per il centro della sfera. Esso interseca la sfera in un **cerchio massimo chiamato  cerchio fondamentale. Il piano fondamentale coincide con il piano XY delle coordinate rettangolari.
  • Un semicerchio origine. Tutti i semicerchi che passano per i due poli sono detti semicerchi ausiliari. Di questi se ne sceglie uno, quello che giace sul piano XZ, che viene denominato  semicerchio origine. Esso incrocia l’asse X in un punto della superficie chiamato origine (da non confondere con l’origine degli assi cartesiani). Un semicerchio ausiliario importante è quello che passa per l’astro di cui si intende definire la direzione. Esso interseca il cerchio fondamentale in un punto chiamato piede dell’astro.

Su questi elementi geometrici si definiscono gran parte dei sistemi di coordinate sferiche usate in astronomia. Essi si possono classificare in due categorie basiche: quelli che utilizzano le coordinate sferiche polari e quelli che utilizzano le coordinate sferiche ortogonali.