由於拜佔廷人重視觀測，所以拜佔廷帝國時代天文觀測工具發展迅速，諸如子午環、迴歸線儀、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佔廷人複製。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，拜佔廷人進一步完善了這種工具，現存的拜佔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佔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。

在拜佔廷占星術受到格外的重視，早在古希臘羅馬時代，人們就透過觀測星體之間的位置預測未來或解釋過去。拜佔廷人繼承了這一傳統，並進一步完善了星占學體系。他們透過大量實際觀測，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。

拜佔廷人在古代星命術、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系，涉及人類社會生活的方方面面。

當人們對個人的前途和命運感到不解時，可以透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籤算卦者的提問，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佔廷帝國受到特別的重視，其占星過程和手段則更為複雜。