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着作《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》等着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，1-10个碳原子的化合物用天干命名，如甲烷（1个c原子），乙烷（2个c原子），丙烷（3个c原子）以此类推……又比如乙烯（2个c原子），丁烯（4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。