簡儀的赤道裝置是：北高南低的兩個支架托著正南北方向的極軸，圍繞著極軸旋轉的是四遊雙環，四遊雙環兩麵刻著周天度數，中間夾著可以繞四遊環中心旋轉的窺管。窺管兩端安有十字絲，這是後世望遠鏡中十字絲的鼻祖。而這種支架結構和現代望遠鏡中廣泛使用的天圖式赤道裝置，其原理完全一樣，而歐洲采用天圖式赤道裝置是從18世紀開始的。
簡儀南端的赤道環麵上裝有兩根銅條，銅條的中心恰在赤道環中心。它們被稱作界衡。每條界衡的兩端分別用細線和北極軸相連接，從而構成了兩個三角形，這兩個三角形平麵也就是兩個赤經平麵。把這兩個三角形平麵對準兩顆星辰，於是，兩個界衡尖端所指之間的赤道度數，就是這兩顆星辰之間的赤經差。
為了校正儀器的極軸，郭守敬在簡儀上安裝了一個候極儀。候極儀由定極環和一塊銅板構成。定極環安裝在赤道裝置的北部支架上，環中斜放一個十字交叉，交叉中心有一個直徑為半分的小孔。銅板設在南部支架上，板中央有一個直徑為一分的小孔。銅板和定極環小孔中心聯線與儀器轉動軸線平行。校正時就從銅板孔觀測北極星在定極環內的位置，求出北極星周日視運動軌跡的中心，當定極環小孔中心和縫合時，簡儀的極軸就在正確方向了。
為了校正儀器安裝的方向，簡儀的底座上安裝了正方案，這是郭守敬對圭表測日影方法的發展。與圭表相比，正方案不僅能測影定向，而且可以當測角器使用。現存南京紫金山天文台的明製簡儀上有一塊平麵日晷，郭守敬創製的簡儀的正方案就是設在那裏。
簡儀的地平裝置叫做立運儀。它包括一個固定的地平環（也叫陰緯環）和一個直立的可以旋轉的立運環。這個裝置可以同時測量天體的地平方位和地平高度，這在我國天文儀器中還是首創。近代工程測量、地形測量以及實用天文測量用的經緯儀，航空導航用的天文羅盤，其結構與立運儀實際上屬於同一類型，因此，立運儀可算是所有這些近代儀器最早的型式。
簡儀的創製，是我國儀器製造史上的一次大飛躍。它是那個時代一項先進的技術。在歐洲直到300多年之後的1598年，丹麥天文學家第穀才發明了與之類似的裝置。
渾象
渾象是我國古代創造的一種表演天體視運動的儀器。後來人們叫它天體儀，實際上是現代教學上用的天球儀。可以說，古代的渾象是當代天球儀的祖先。
渾象是把太陽、月亮、二十八宿等天體以及赤道和黃道都繪製在一個圓球麵上。它能使人不受時間的限製，隨時了解當時的天象。白天可以看到當時在天空中看不到的：星星和月亮，而且位置不差；陰天和夜晚也能看到太陽所在的位置。用它能表演太陽、月亮以及其他星象東升和西落的時刻、方位；還能形象地說明夏天白天長、冬天黑夜長的道理等。這樣，不僅填補了觀測的空白，而且能幫助人們直觀、形象地理解日、月、星辰運動的規律，因此，它是有很大實用價值的儀器，我國曆代十分重視渾象的製造工作。
我國的第一架渾象大約是公元前70~50年間耿壽昌枝創製的。後漢天文學家張衡在前人的基礎上，發揮他自己的聰明才智，創製了著名的“水運渾天儀”，其主體是渾象，直徑不到5尺，球麵上畫有二十八宿、黃道、赤道、大量星辰、二十四節氣、北極常顯圈、南極常隱圈等。渾象的轉動軸北出地平36°，南入地平36°，這相當於當時京城洛陽的地理緯度。
張衡在渾象上還安裝了一套齒輪係統，利用具有穩定性的漏壺流水推動渾象均勻地繞著極軸轉動，這不愧為劃時代的偉大創造。據史書記載，渾象的轉動與真實的晝夜交替一模一樣，渾象造成後作了示範表演，一個人在屋子裏看渾象轉動，一個人在外邊觀看實際星空的變化，看守人報告星星的東升、正南和西落，和實際的星星升落完全一樣。另外，渾象中還帶動著一個機械日曆，可以表示日期的變化。