天象观测
在天文星象上，北极星位于地球地轴的北端，在北斗七星中的天璇与天枢连线的五倍延长线上。由于地球的自转，而北极星正好处在天球转动的轴上，所以相对不动，而在轴边上的北斗星看起来就象围绕着北极星转一样，这就产生了“斗转星移”。北极星是出现在天空北部的一颗亮星，距地球北极很近，差不多正对着地轴，从地球上看，它的位置几乎不变。航海和旅行的人常靠它来辨别方向。因为北斗星围绕北极星转动，因此北斗星亦用来辨方向，定季节。人们可以根据初昏时北斗星斗柄所指的方向来决定季节：斗柄指东，天下皆春；斗柄指南，天下皆夏；斗柄指西，天下皆秋；斗柄指北，天下皆冬。同样，也可以根据北斗星斗柄所指十二辰中的不同位置来确定十二月份。
北极星被认为是帝星，称为“天帝”。《说卦传》曰:“帝出乎震，齐乎巽，相见乎离，致役乎坤，说言乎兑，战乎乾，劳乎坎，成言乎艮。万物出乎震，震东方也。齐乎巽，巽东南也。齐也者，言万物之絜齐也。离也者，明也，万物皆相见，南方之卦也。圣人南面而听天下，向明而治，盖取诸此也。坤也者，地也，万物皆致养焉，故曰致役乎坤。兑，正秋也，万物之所说也，故曰说言乎兑。战乎乾，乾，西北之卦也，言阴阳相薄也。坎者，水也，正北方之卦也，劳卦也，万物之所归也，故曰劳乎坎。艮，东北之卦也，万物之所成终而所成始也，故曰成言乎艮。”《说卦传》指出了方位和后天八卦乃至《易经》的关系，也指出了北斗七星斗柄所指方向和时间的关系。
历法纪元
干支主要用于历法纪元。原始干支即“摄提”，又名“太岁”。太岁在甲曰阏逢，在乙曰旃蒙，在丙曰柔兆，在丁曰强圉…；在寅曰摄提格，在卯曰单阏，在辰曰执徐，…在子曰困敦，在丑曰赤奋若。（语出《尔雅·释天》）。这套岁纪摄提影响深远，后世用于历法、术数、计算、命名等各方面（北宋时编撰的官方正史著作《资治通鉴》就以这套干支术语纪元）。在传承发展中后世把这套摄提纪术语简化为一个字的干支名。岁纪摄提（原始干支名）与简化后的干支在《尔雅》与《史记》等著作中均有对照关系的记载。
在早期观象授时时代，依据斗转星移定岁时，斗柄顺时针旋转一圈，谓之一岁（摄提）。北斗星循环旋转，斗柄回寅，乾元启运，时回新春。天维建元，是从寅开始的，如《淮南子·天文训》收录：“帝张四维，运之以斗，月徙一辰，复返其所，正月指寅，十二月指丑，一岁而匝，终而复始”。北斗星的斗柄从指向正东偏北方位的“建寅”之月为起始，然后顺时针方向旋转，循环往复；岁末十二月指丑方，正月又复还寅位，终而复始，新的一个轮回由“斗柄回寅”的立春岁首开启。天干地支在中国古代主要用来纪年、纪月、纪日、纪时等。
序数、评级和分类
天干地支的主要序数功能被一二三四等数字取代之后，人们仍然用它们作为一般的序数字。尤其是甲乙丙丁，不仅用于罗列分类的文章材料，还可以用于日常生活中对事物的评级与分类。在有机化学的命名中，-个碳原子的化合物用天干命名，如甲烷（个C原子），乙烷（个C原子），丙烷（个C原子）以此类推……又比如乙烯（个C原子），丁烯（个C原子）。
理学、医学、风水、术数和命理学
在阴阳五行理论中，干支按其顺序分为阴阳，逢单数属阳，逢双数属阴。天干的甲、丙、戊、庚、壬，地支的子、寅、辰、午、申、戌为阳数；天干的乙、丁、己、辛、癸，地支的丑、卯、巳、未、酉、亥为阴数。在这个基础上，根据相生相克的理论，推算人事的和谐、兴衰、冲突及其生灭。() ()
天干地支这样一些符号被赋予了丰富的神秘的文化内容，是了解古代中国人思维习惯和生活方式的重要材料。干支历依旧流行于万年历等书，用于象数、风水和命理学中。
与五行的关系
地支与五行
子（鼠）属阳水，北方；亥（猪）属阴水，北方。
寅（虎）属阳木，东方；卯（兔）属阴木，东方。
午（马）属阳火，南方；巳（蛇）属阴火，南方。
申（猴）属阳金，西方；酉（鸡）属阴金，西方。
辰（龙）、戌（犬）属阳土，中央；丑（牛）、未（羊）属阴土，中央。
天干与五行
甲为栋梁之木，乙为花果之木，甲乙东方木。丙为太阳之火，丁为灯烛之火，丙丁南方火。
戊为城墙之土，己为田园之土，戊己中央土。
庚为斧钺之金，辛为首饰之金，庚辛西方金。壬为江河之水，癸为雨露之水，壬癸北方水。
干支与生肖的关系
干支纪元法，用“十天干”和“十二地支”两两搭配，来表示年、月、日的序号，六十年一循环周期。为了便于民间百姓记忆，古人还专门设计了种动物（“十二生肖”）与“十二地支”互相搭配。十二生肖对应十二地支，每一生肖表示一岁。
十二生肖是十二地支的形象化代表，即子（鼠）、丑（牛）、寅（虎）、卯（兔）、辰（龙）、巳（蛇）、午（马）、未（羊）、申（猴）、酉（鸡）、戌（狗）、亥（猪）。随着历史的发展逐渐融合到相生相克的民间信仰观念，表现在婚姻、人生、年运等，每一种生肖都有丰富的传说，并以此形成一种观念阐释系统，成为民间文化中的形象哲学。
十二生肖对应十二地支，属干支历范畴，干支的历元是立春。不同历法有不同的历元，如用其它历法的历元作为干支的历元是错误的。十二生肖是十二地支的形象化代表，每一生肖均对应着相应的地支，生肖转换以立春为界。
干、支的五行属相
甲子金鼠乙丑金牛丙寅火虎丁卯火兔戊辰木龙己巳木蛇庚午土马辛未土羊壬申金猴癸酉金鸡甲戌火狗乙亥火猪
丙子水鼠丁丑水牛戊寅土虎己卯土兔庚辰金龙辛巳金蛇壬午木马癸未木羊甲申水猴乙酉水鸡丙戌土狗丁亥土猪
戊子火鼠己丑火牛庚寅木虎辛卯木兔壬辰水龙癸巳水蛇甲午金马乙未金羊丙申火猴丁酉火鸡戊戌木狗己亥木猪
庚子土鼠辛丑土牛壬寅金虎癸卯金兔甲辰火龙乙巳火蛇丙午水马丁未水羊戊申土猴己酉土鸡庚戌金狗辛亥金猪
壬子木鼠癸丑木牛甲寅水虎乙卯水兔丙辰土龙丁巳土蛇戊午火马己未火羊庚申木猴辛酉木鸡壬戌水狗癸亥水猪