Nebeski ekvator dio je većeg sustava zvanog nebeska sfera koji se koristi kao koordinatni sustav za lociranje i opisivanje položaja nebeskih objekata. Nebeska sfera nije fizički objekt, već zamišljeni objekt beskonačne veličine sa Zemljom u središtu. Nebeski ekvator točno odgovara Zemljinom ekvatoru i u biti je projekcija Zemljinog ekvatora na imaginarnu nebesku sferu.
Ideju o zamišljenoj liniji na zamišljenoj sferi beskonačne veličine na nebu mnogim ljudima može biti teško shvatiti. Iz tog razloga, prikazi nebeske sfere i nebeskog ekvatora često se u nastavnim materijalima prikazuju kao da imaju određenu veličinu, nešto veću od Zemlje, jednostavno u svrhu ilustracije. To stvara perspektivu gledatelja koji gleda dolje na sferu, sa Zemljom u središtu. Na sferi, nebeski ekvator zauzima odgovarajuću putanju i položaj Zemljinog ekvatora.
Zemljina rotacija uzrokuje da se nebeska sfera pomiče, ali to nije slučaj. Fiksno je na mjestu, ali se promatrač pomiče kako se Zemlja rotira. To uzrokuje da se sfera rotira jednom svaka 24 sata, isto vrijeme koliko je Zemlji potrebno da izvrši jednu rotaciju ili jedan dan. Međutim, nebeski ekvator će se uvijek pojaviti u točno istoj točki s bilo kojeg mjesta na zemlji. To je zato što se Zemljin ekvator ne pomiče u odnosu na bilo koju točku na svojoj površini, a kako se nebeski ekvator točno podudara sa Zemljinim ekvatorom, ni on se ne pomiče.
Položaj nebeskog ekvatora na nebu bit će različit, međutim, ovisno o položaju promatrača na površini Zemlje. Uvijek će slijediti stazu koja opisuje ravnu liniju koja spaja dvije točke, na istok i na zapad. Kada stoji na ekvatoru, proći će izravno iznad glave. Kako se promatrač kreće prema sjeveru, središnja točka linije pomiče se prema jugu. Suprotno tome, ako se promatrač kreće južno od ekvatora, čini se da se putanja nebeskog ekvatora pomiče prema sjeveru. Iz perspektive nekoga tko stoji na bilo kojem od dva pola, nebeski ekvator točno prati horizont.
Koordinatni sustav temeljen na nebeskoj sferi koristi se i za lociranje i za kvantificiranje položaja objekata na nebu. Koordinate za ovaj sustav temelje se na deklinaciji i pravoj ascenziji. Deklinacija se odnosi na položaj objekta iznad ili ispod nebeskog ekvatora i mjeri se u stupnjevima. Desna ascenzija otprilike odgovara zemljopisnoj dužini, ali kao referentnu točku koristi određenu točku na nebeskom ekvatoru zvanu proljetni ekvinocij. Prava ascenzija se mjeri u satima, odražavajući prividnu rotaciju kugle u odnosu na Zemlju.