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《周髀算经》全书可分为17节（本书译文与原文每节开始都在括号中标明序数，节与节之间空一行排印），这17节又可分为两大部分。
第一部分篇幅甚短，仅为卷上开首的第（1）节，内容为周公与商高的对话。商高向周公介绍了勾股定理在勾三、股四、弦五时的特例，以及这一定理在实际测量中的广泛应用。这一部分是全书以下部分所涉及的各种测量的理论依据，同时也是相对而言较为独立的部分。
第二大部分包括了全书其余的16节，形式上是荣方与陈子的对话，陈子向荣方叙述整个盖天学说。这又可以被分成一些节群，依顺序略述如次：
第（2）节，陈子开始讲述盖天学说之前的序幕或开场白，这一节里陈子反复向荣方强调类推的重要意义。
第（3）（4）节，建立盖天数理宇宙模型，包括天地形状、总尺度等，并表明这一模型可以根据用周髀（八尺之表）进行的一些基本测量建立起来。
第（5）（6）节，讲述七衡六间体系及其结构与数据。
至此卷上终了，卷下接着讲述下去。上、下卷之间并无什么内容或结构上的分卷依据，大体上只是考虑到全书篇幅而分的。
第（7）节，用盖天模型说明昼夜成因。
第（8）节，专论通过夜间观测北极星而确定“北极璇玑”的尺度。
第（9）节，用盖天模型说明季节成因及大地上南北寒暑之异。
第（10）节，通过测量二十八宿建立天球上的地平坐标系统。
第（11）（12）（13）节，在盖天模型中讨论太阳的周年视运动。包括利用地平坐标描述太阳升落方位的周年变化、通过七衡六间体系计算两分两至点距北极的距离，以及二十四节气的周髀晷影变化。
第（14）节，专论月球运动。
第（15）节，用八卦方位描述太阳升落方位的周年变化。
第（16）节，介绍一些能作为基本天文数据的公倍数的长周期。
第（17）节，讲述盖天学说中一些基本天文数据，如回归年长度、朔望月日数等是怎样通过观测计算得到的。