东汉科学家张衡和唐朝天文学家李淳风，先后对浑仪进行了两次大的改进。改进后的浑仪由三重圆环构成，最外一重圆环叫-仪，包括地平圈、子午圈和赤道圈，表示东西、南北、上下六个方向；中间一重叫三辰仪，由黄道环、白道环和赤道环三个相交的圆环组成，分别表示日、月、星辰的位置；最里一重叫四游仪，包括四游环和窥管。三辰仪可以绕着极轴在-仪里旋转，而观测用的四游仪又可以在三辰仪里旋转。东汉时的浑仪已经比较完善，是当时世界上最先进的天文仪器之一。但是浑仪有个缺陷，就是它的环圈重复，相互交错，遮掩了大片天区，缩小了观测范围，使用起来很不方便。

元代杰出的天文学家郭守敬，在宋代科学家沈括等人改革、简化浑仪的基础上，于1276年创造了测量天体方位的新型天文仪器——简仪。简仪跟浑仪的主要区别，是取消了自道环和黄道环，并且把地平坐标（由地平圈和地平经圈组成）和赤道坐标（由赤道圈和赤经圈组成）分开安装，成为两个独立的装置——赤道装置和地平装置。因为每个装置都很简单，故称“简仪”。简仪去掉了妨碍视线的众多圈环， 扩大了天体观测范围，除了北天极附近以外，全部天空一望无余。简仪的设计制造比较精密，刻度的最小分格达1／36度，观测效果比浑仪准确多了。简仪也是当时世界上最先进的，西方直到三百年以后才出现能与它相比的天文仪器。非常可惜的是，郭守敬创制的简仪，1715年（清康熙在十四年），竟被在钦天监任职的法国传教士纪理安当作废铜熔化了。

浑仪和简仪高超的设计水平及制造水平，使我国古代的测天仪器在世界上长期处于领先地位。简仪对后世的影响甚大，从现代的大型望远镜、各类测量仪和航空导航用的天文罗盘等许多仪器上，都可以看到简仪的影子或原型。现在，南京紫金山天文台还保存着明代正统年间（ 1436－1449）复制的一架浑仪和一架简仪。