有些建筑还巧妙地运用了力学、声学、几何学原理，因此具有重要价值。
圜丘坛是举行冬至祭天大典的场所，建于明嘉靖九年，主要建筑有圜丘、皇穹宇及配殿、神厨、三库及宰牲亭，附属建筑有具服台、望灯等。
圜丘明朝时为三层蓝色琉璃圆坛，清乾隆十四年扩建，并改蓝色琉璃为艾叶青石台面，汉白玉柱、栏。
圜丘形圆象天，三层坛制，高5。
17米，下层直径54。
92米，上层直径23。
65米，每层四面出台阶各九级。
上层中心为一块圆石，外铺扇面形石块九圈，内圈九块，以九的倍数依次向外延展，栏板、望柱也都用九或九的倍数，象征“天”数。
圜丘台面石板、拦板及各层台阶的数目均为奇数九或九的倍数。
如台面石板以上层中心圆石为起点，第一圈为九块，第二圈为十八块，依次周围各圈直至底层，均以九的倍数递增。
各层汉白玉石栏板的数目也是如此。
燔柴炉位于圜丘坛外壝内东南，座南朝北，圆筒形，绿琉璃砖砌成，其东西南三面各出台阶九级。
燔柴炉是举行冬至祭天大典望燎仪时焚烧祭祀正位（皇天上帝）供奉物用的。
皇穹宇院落位于圜丘坛外壝北侧，坐北朝南，圆形围墙，南面设三座琉璃门，主要建筑有皇穹宇和东西配殿，是供奉圜丘坛祭祀神位的场所。
皇穹宇由环转十六根柱子支撑，外层八根檐柱，中间八根金柱，两层柱子上设共同的溜金斗拱，以支撑拱上的天花和藻井，殿内满是龙凤和玺彩画，天花图案为贴金二龙戏珠，藻井为金龙藻井。
皇穹宇殿内的斗拱和藻井跨度在我国古建中是独一无二的。
皇穹宇配殿，歇山殿顶，蓝琉璃瓦屋面，正面出台阶六级，饰旋子彩画，造型精巧。
东殿殿内供奉大明之神（太阳）、北斗七星、金木水火土五星、周天星辰
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