三维图像
北斗七星所组成的斗形只是在地球观测时看到的景象，从其它方向观测这七颗星时，它们会组成完全不同的图案。实际上，北斗七星只是银河系中普通的七颗恒星，它们并没有什么特殊的关系，彼此之间的距离也十分遥远。如天枢星距离地球约124光年，天璇星到地球的距离则有约79光年。因此，我们看到的北斗七星只是这七颗恒星组成的三维图形在地球方向上的二维投影。想要更深入地认识北斗七星，建立一个三维的立体图像模型是必不可少的。
恒星自行
北斗七星在天空中的样子是不断变化的，这是恒星自行所导致的结果。
实际上，恒星在宇宙空间中也是在不断运动的，但由于恒星在一年中移动的路程与恒星和地球之间的距离相比显得极为微小，因此整体看上去仿佛“恒定不动”一般，所谓“恒星”便是由此而来。但详细来说，恒星的运动由恒星沿着视线方向的运动和恒星垂直于视线方向的运动组成，后者称为恒星自行。恒星的自行在天文观测中的表现是：恒星间的相对位置会产生微小的变化，但这种变化相对于地球与恒星间的距离过于微小，因此几乎不会被察觉到。
北斗七星的自行情况各不相同，这导致它们始终在进行缓慢的相对运动。其中五颗星以大致相同的速度向同一个方向运动，而“天枢”（斗口处起第一颗星）和“摇光”（斗口处起第七颗星）则向相反的方向运动。由于恒星自行的存在，北斗的形状会在漫长的宇宙变迁中发生较大的变化。在约10万年后，现在这种柄杓的形状将不复存在。
北斗七星指示十二个月份，以北斗七星斗柄所指的方位作为确定月份的标准，称为斗建，也就是历法中的“月建”。斗柄循环旋转，顺时针旋转一圈为一周期，谓之一“岁”，即一年。《淮南子·天文训》记载道：“帝张四维，运之以斗，月徙一辰，复反其所，正月指寅，十二月指丑，一岁而匝，终而复始。”这里的“斗”就是指北斗七星的斗柄。《汉书·律历志》则记载道：“日至其初为节，至其中斗建下为十二辰，视其建而知其次。”[15]
定岁时
古代中国的劳动人民很早就开始通过观察星象探索宇宙的奥秘，并由此演绎出了一套完整深奥的观星文化。北斗七星是北半球的重要星象，斗转星移对应着北半球相应地域的自然节律变化，因此成为上古人们判断时节变化的依据。二十四节气原是依据北斗七星斗柄旋转指向（斗转星移）制定，是中国古代观星文化在农业上的一项重要的应用。[7][8]
北斗的旋转可以作为划分地球上的天和年的依据。以北天极为中枢划分出子、丑、寅、卯等12宫的空间区位，北斗七星绕北天极旋转，其每月、每日、每时所指向的空间区位在周日视运动和周年视运动的作用下不断变化，如同时钟之时针、分针、秒针按照各自的规律移转。可见太阳每日、每年周期性变化的天象也有钟表历法的作用。古人通过对日月时、北斗星等天象的运行规律性及循环周期进行观测与总结，抽象出十二地支来纪历。
北斗星分别按年按日遍历十二宫，所历一年之春、夏、秋、冬四季，与一日之晨、午、昏、夜，行度相符，即在一天与一年之间，北斗七星斗柄会绕北极旋转一周，遍历由斗建所得的十二宫。春行寅、卯、辰宫，夏行巳、午、未宫，秋行申、酉、戌宫，冬行亥、子、丑宫；一日则晨行寅、卯、辰宫，午行巳、午、未宫，昏行申、酉、戌宫，夜行亥、子、丑宫。是以对照行度，春比之日东升，夏比之日中天，秋比之日沉落，冬比之日反背。如此，北斗七星的变化就可以表明一年中气候与一日中温度之变化，同时又可以将寒暖燥湿的大小循环于蕴含其中，还可以明确地理方位。[9]
开阳是著名的双星。在“开阳”附近有一颗很小的伴星，中国古代专名“辅”（即大熊座80），亮度3.99等。[12]
《史记·天官书》中记载：“辅星明近，辅臣亲强；斥小，疏弱。”[4]《晋书·天文志》中有云：“辅星傅乎开阳，所以佐斗成功，丞相之象也。七政星明，其国昌，辅星明，则臣强。”宋代何薳的《春渚纪闻·歙山斗星砚》也有提到：“色正天碧，细罗文中涵金星七，布列如斗宿状，辅星在焉。因目之为斗星砚。”明朝何景明的《大复集》中写到：“又使北斗以振纪兮，命辅星以佐之。”
小北斗
小北斗是小熊座中七颗较亮的星的总称，与位于大熊座的北斗七星类似，它们也排成了斗形，但由于亮度不高，远不及北斗七星醒目，故称为小北斗。勾陈一，也就是其中最亮的一颗星，便是我们所说的北极星。其中最亮的星便是我们所说的北极星（勾陈一）。在天璇、天枢连线的五倍延长线上，便可以找到它。