由於拜占廷人重視觀測，所以拜占廷帝國時代天文觀測工具發展迅速，諸如子午環、回歸線儀、渾天儀、地座儀、星位儀等古代天文書籍中記載的工具全都被智慧的拜占廷人複製。其中的星盤是用來測量天體高度的儀器，公元前3世紀即被古希臘人發明，拜占廷人進一步完善了這種工具，現存的拜占廷星盤是由帶有精細刻度的圓盤和可以旋轉的觀測管兩部分組成，觀測管與圓盤中心相聯，類似於近代出現的六分儀。這些天文觀測工具幫助拜占廷人繪製出許多星圖，並比較準確地計算出數百年間的多種基督教節日。
在拜占廷占星術受到格外的重視，早在古希臘羅馬時代，人們就通過觀測星體之間的位置預測未來或解釋過去。拜占廷人繼承了這一傳統，並進一步完善了星占學體係。他們通過大量實際觀測，補充古代遺留下來的星圖，使黃道十二宮的星位更加準確，更易於理解。
拜占廷人在古代星命術、擇時占星術和決疑占星術的基礎上，發展出總體占星術，也稱政治占星術，使這4種占星術在細節上更加完善，並將它們統一成一個體係，涉及人類社會生活的方方麵麵。
當人們對個人的前途和命運感到不解時，可以通過其出生年月日時和某行星所在黃道十二宮的位置作出預測，即所謂星命術；當人們在進行諸如作戰、手術等重要行動之前感到疑惑而猶豫不決時，可以根據天文觀測確定最佳時間，即確定黃道吉日，這稱為擇時占星術；決疑占星術則指根據求簽算卦者的提問，對比天文觀測和占星天宮圖作出解答；而那些涉及社稷民生和國家大計，預測人類未來的占星術在拜占廷帝國受到特別的重視，其占星過程和手段則更為複雜。
拜占廷曆法也根據占星術的結論確定了許多忌日和吉日。而基督教教會天文學家也從聖經中為占星術找到了理論根據，使古典時代產生的這一古老預言方法在篤信基督教的拜占廷社會獲得廣泛的社會基礎。
拜占廷天文學還融合了其他民族天文曆法的因素。拜占廷人為了完善其曆法體係，不僅吸收古典希臘羅馬的“異教”知識，而且也不再堅持他們與其他民族的文化區別，忽視宗教爭議，大膽利用薩珊波斯和阿拉伯伊斯蘭天文曆法。
曆法
拜占廷帝國是中世紀歐洲文明程度最高的國家，其曆法是在古代希臘羅馬天文曆法基礎上，結合基督教神學思想，形成具有重要特點的獨立曆法體係。
拜占廷人將每年分為4季，將每季分為3個月，一般將每月分為4周，將每周分為7日，將每天分為12時辰。每周以周日為頭一天，稱周一為“第二日”，以此類推。
由於拜占廷曆法是在古代希臘羅馬曆法基礎上發展而來的，所以從基督教角度看，這樣的曆法被認定為異教曆法。
拜占廷人十分重視曆史記述，由此留下了大量珍貴的曆史資料。但是，這些曆史資料的絕對年代卻難以判斷，因為早期拜占廷作家並不采用全通用的紀年法，在不同時代不同地區的拜占廷史料中紀年方法也不同，以上現象的出現是因為整個帝國內部缺乏為大家共同認可和使用的統一的紀年法。如4世紀的埃及土地契約中使用“第二個稅收年的第某年”表明年代，查士了尼的《法學總論》序言落款年代則記為“查士丁尼皇帝第三執政官期間”，等等。這種情況在拜占廷持續了相當長的時間，直到9～10世紀才出現類似於我國古代史書中通用的幹支紀年和皇帝年號紀年法。
拜占廷帝國早期的曆法主要是以羅馬曆法為依據，羅馬曆法形成於羅馬共和國時期，據考證，它與羅馬城初創者羅穆洛斯（公元前8世紀）結合古希臘人的曆法製定而成的羅馬古曆法並不相同，它是以月亮運動為天文依據的太陽曆，每年比實際回歸年少10餘天，這樣一來至公元前1世紀時，羅馬古曆法已經變得十分混亂，無法規範羅馬人的社會生活。形勢所迫，愷撒（前102～前44年）遂邀請亞曆山大城天文學家索西耶內斯主持曆法修訂，以太陽運動為依據製定太陽曆，並取消羅馬古曆。新曆法以凱撒姓氏命名為儒略曆，分一年365天為12個月，並采取閏年增時措施，以克服計時的微小誤差。
早期拜占廷人以儒略曆為計時依據，實行“稅收年紀年法”。所謂“稅收年”是指國家向民眾征收捐稅的時間，最初是由羅馬帝國皇帝戴克裏先（284～305年在位）確定的，他為了保持國家稅收數量的相對穩定，立法規定每5年調整一次稅收量，以收獲季節的9月為歲首。後來，拜占廷帝國第一位皇帝君士坦丁大帝又將5年一度的調整期改為15年。
在拜占廷帝國早期，無論在正式的官方文件還是人們的日常生活中，“稅收年”都被用來紀年。由於每個稅收年周期為15年，因此在計算某個稅收年的具體年份相當於絕對年代時，應采用“稅收年周×154 稅收年4 312”的公式，反之在計算某一絕對年份相對應的稅收年時，應使用“（絕對年份-312 3）÷15”的公式，能夠除盡的為稅收年周的首年，不能除盡的，其餘數即為具體稅收年份。
與稅收年紀年法同時被使用的還有“執政官”、“皇帝年號”、“名祖”等多種紀年方法。前兩種方法大多為真實的曆史人物擔任皇帝或執政官的年份，而後者大多為拜占廷帝國古代作家為記述方便，虛構出來的先祖或神的名字，用以標誌年份。按照早期羅馬共和國時代的傳統，每年羅馬人應選舉執政官，任期一年。到晚期羅馬帝國和拜占廷帝國時期，執政官已經失去原有的管理職能，已無實權，但仍保留其榮譽頭銜意義，並由民眾選舉變為皇帝任命。由於其每年變更的特點使它具有標誌年代的功能，許多拜占廷帝國早期曆史作家便以某位執政官注明其描寫事件的年份。