Taivaan päiväntasaaja on osa suurempaa järjestelmää, jota kutsutaan taivaalliseksi palloksi ja jota käytetään koordinaatistoina taivaankappaleiden sijainnin paikantamiseen ja kuvaamiseen. Taivaan pallo ei ole fyysinen kohde, vaan kuvitteellinen, ääretön kokoinen maa, jonka keskellä on maa. Taivaallinen päiväntasaaja vastaa täsmälleen Maan päiväntasaajaa, ja se on pohjimmiltaan maapallon päiväntasaajan projektio kuvitteelliselle taivaan pallolle.
Ajatus kuvitteellisesta viivasta taivaan äärettömän kokoisessa kuvitteellisessa pallossa voi olla vaikea ymmärtää monille ihmisille. Tästä syystä taivaallisen pallon ja päiväntasaajan esityksiä kuvataan usein opetusmateriaaleissa siten, että niillä on tietty koko, jonkin verran suurempi kuin maa, vain havainnollistamiseksi. Tämä luo katsojan näkökulman katsoa alas palloon, maan keskellä. Pallolla taivaallinen päiväntasaaja vie vastaavan polun ja sijainnin maan päiväntasaajalla.
Maan pyöriminen saa taivaallisen pallon näyttämään liikkuvan, mutta näin ei ole. Se on kiinnitetty paikalleen, mutta tarkkailija liikkuu maapallon pyöriessä. Tämä saa pallon näyttämään pyörivältä kerran 24 tunnissa, samaan aikaan kuin maapallo kestää yhden kierroksen tai yhden päivän. Taivaallinen päiväntasaaja ilmestyy kuitenkin täsmälleen samaan kohtaan mistä tahansa paikasta maan päällä. Tämä johtuu siitä, että Maan päiväntasaaja ei liiku suhteessa mihinkään sen pinnan pisteeseen, ja koska taivaallinen päiväntasaaja vastaa täsmälleen Maan päiväntasaajaa, se ei myöskään liiku.
Taivaallisen päiväntasaajan sijainti taivaalla on kuitenkin erilainen riippuen havaitsijan sijainnista maan pinnalla. Se seuraa aina polkua, joka kuvaa suoraa linjaa, joka yhdistää kaksi pistettä, suoraan itään ja suoraan länteen. Päiväntasaajan kohdalla se kulkee suoraan yläpuolella. Kun tarkkailija liikkuu pohjoiseen, suoran keskipiste siirtyy etelään. Päinvastoin, jos tarkkailija siirtyy päiväntasaajan eteläpuolelle, taivaallisen päiväntasaajan polku näyttää siirtyvän pohjoiseen. Taivaallinen päiväntasaaja seuraa tarkalleen horisontin näkökulmasta, että joku seisoo jommallakummalla kahdesta navasta.
Taivaalliseen palloon perustuvaa koordinaattijärjestelmää käytetään sekä paikantamaan että kvantifioimaan esineiden sijainti taivaalla. Tämän järjestelmän koordinaatit perustuvat deklinaatioon ja oikeaan ylösnousemukseen. Declension viittaa kohteen asemaan taivaan päiväntasaajan ylä- tai alapuolella ja mitataan asteina. Oikea nousu vastaa suunnilleen pituutta, mutta käyttää vertailupisteenä tiettyä pistettä taivaan päiväntasaajalla, jota kutsutaan kevätpäiväntasaukseksi. Oikea nousu mitataan tunteina, mikä kuvastaa pallon näennäistä pyörimistä suhteessa maahan.