혼천의에는 천체의 움직임을 알려 주는 많은 고리들이 달려 있는데, 남병철의 혼천의는 크게 5개의 층으로 구성된다. 가장 바깥을 이루고 있는 외환에는 지평권을 두었다. 그 안쪽에는 육합의를 두었는데, 육합의는 자오권과 천상적도권이 포함된다. 그 다음 안쪽에는 삼신의를 두었다. 삼신의는 삼신권, 유선적도권, 황도권으로 이루어졌다. 그 다음은 재극권을 두었다. 재극권을 통해 극축을 3가지로 구분해 사용할 수 있었다. 재극권 안쪽에는 사유의를 두었는데, 사유의는 사유권, 직거, 규형으로 이루어졌다. 규형은 천체를 조준하는 역할을 하는데, 여기에 통광표, 측성표 등의 관측표를 장착하여 천체를 관측했다.
남병철(南秉哲, 1817~1863)은 19세기 중반에 활약했던 조선 후기의 대표적인 문인이다. 그는 1837년(헌종 3) 21살의 나이로 관직에 나아가 1856년(철종 7) 39세부터 정2품인 예조판서(禮曹判書)를 시작으로 육조의 판서를 지내고 의정부(議政府) 좌참찬(左參贊), 규장각(奎章閣) 제학(提學), 대제학(大提學) 등을 거쳤다. 정2품의 관직을 두루 맡는 시기에 관상감(觀象監) 제조(提調)도 겸임하였다. 관상감은 조선시대 천문학을 다루던 관서로 오늘날의 한국천문연구원에 해당한다.