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物质的运动无处不在，如银河系中恒星的运动、太阳系中行星和卫星的自转及其轨道运动、地球的自转和极移、航天器在地球附近或太阳系中的运动以及地球的板块运动。这些天体或地球上的点在空间的位置和运动必须相对某个参照物来描述，这样的参照物就是参考系，描述不同物体的运动应选择不同的参考系。引进适当的参考系可以使研究的问题清晰、动力学模型简单；反之，如果参考系选择不当，将使问题复杂化。例如，天体的平动、自转运动或人造地球卫星的运动应在天球参考系中描述，而地球的板块运动则在地球参考系中描述更为方便。这些参考系可以用数学模式和动力学给予定义，如太阳系天体的历表是通过解算描述天体在太阳系动力学模型中的运动方程得到，它定义了某些不变的点和方向，构造了动力学天球参考系。在宇宙中非常遥远的天体，如类星体或星系没有自行，或者小于2×10 −5 角秒/年，由这些遥远天体的运动性质或者其几何结构定义的参考系称为运动学天球参考系。地面上的台站坐标用理论模式描述的参考系称为地球参考系。牛顿力学框架下定义的参考系是相对三维空间的，而广义相对论中定义的参考系一般都是针对四维时空的。
参考系包括：
（1）一套理论和数据处理方法。
（2）一组模型和常数。
（3）一个对应的参考架。
例如，目前国际上通用的IERS（International Earth Rotation and Reference System Service）国际天球参考系（ICRS）包括：
（1）IERS的天球参考架，即国际天球参考架ICRF。
（2）确定该参考架所采用的一组模型常数，即IERS规范。
（3）确定该参考架参考点（河外射电源或光学对应体）坐标值的一套理论和数据处理方法。
因而，参考系是多方面因素组成的系统，例如国际天球参考系（ICRS），它的原点在太阳系的质心，采用一组精确测量的河外射电源的坐标实现其坐标轴的指向，其基本平面（XY 平面）接近 J2000.0平赤道，X 坐标轴指向接近 J2000.0平春分点。
与参考系对应的坐标系是用于描述物体位置、运动和姿态的一种数学工具。对于欧氏空间，坐标系的定义包括三个要素，即坐标原点的位置、坐标轴的指向、坐标尺度。坐标系是理论定义的，因而没有误差可言。坐标系之间的转换关系，包括原点间的平移、坐标轴方向的旋转以及坐标尺度的调整。
参考架是数学上定义的坐标系的物理实现，它通过一定数量物理点的标定坐标来实现。由标定了坐标值的一组物理点组成的框架称为参考架。国际天球参考架（ICRF）作为国际天球参考系（ICRS）的实现，由一组精确测量的河外射电源的坐标实现其坐标轴的指向，并确定了212颗定义源作为定标的基准和坐标网格。这些河外射电源非常遥远，因此自行可以忽略。尽管如此，由于射电源的结构不稳定性，仍会导致参考架的不稳定，因此需要长期监测。而在光学波段由依巴谷星表（Hipparcos）给予实现，并将其命名为依巴谷天球参考架（HCRF）。有了参考架，其他天体的位置可以相对于这个框架给以描述，才能真正使天体的位置及其变化加以定量的描述。
总之，坐标系是理论概念的数学表示，参考架是坐标系的物理实现，参考系是包含理论概念和物理实体（参考架）的综合系统。
尽管参考系与坐标系在概念上有所区别，但在以下问题讨论中，在并不引起误解的情况下，一般就混用参考系与坐标系。