天球是在天文學和導航中為了研究和描述天體的位置及運動而假想出來的一個球體。
這個球體以觀測者為球心，半徑可以是任意選定，甚至是無窮大。通過這種方式，遙遠的星星看起來似乎都散布在這個球面上，使得研究天體位置和運動變得更加直觀。在天球上，地球的赤道投射成為天球赤道，而地球的極點投射成為天極。天球也隨著地球的公轉而轉動，但其軸向變化不大。在這個假設的系統中，太陽繞著地球的軌跡在天球上被視為黃道，它與天赤道有兩個交點，即春分點和秋分點。
天球不僅是一個理論工具，也構成了天文學中位置天文學的基礎。通過天球，可以方便地建立天球坐標系，用於描述天空中天體的位置。