Với các định nghĩa được sử dụng trước năm 2012, đơn vị thiên văn phụ thuộc vào hằng số hấp dẫn nhật tâm, một hằng số bằng tích của hằng số hấp dẫn G và khối lượng Mặt Trời M. Cả G lẫn M không thể đo với độ chính xác cao khi tách biệt nhau, nhưng giá trị tích của chúng thu được rất chính xác từ kết quả quan sát vị trí tương đối của các hành tinh (định luật 3 Kepler biểu diễn theo hằng số hấp dẫn Newton). Chỉ có giá trị của tích được đòi hỏi để tính vị trí của các hành tinh cho một lịch thiên văn, do đó lịch thiên văn được tính theo đơn vị thiên văn và không theo hệ đơn vị SI.

Việc lập lịch thiên văn cũng đòi hỏi phải xét tới ảnh hưởng của các hiệu ứng trong thuyết tương đối rộng. Đặc biệt, khoảng thời gian đo tại bề mặt Trái Đất (thời gian địa cầu, terrestrial time, TT) là không cố định khi so sánh ở những thời điểm khác nhau bởi chuyển động Trái Đất: giây địa cầu (TT) trở lên dài hơn trong mùa đông ở Bán cầu bắc và ngắn hơn trong mùa hè ở Bán cầu nam khi so với "giây hành tinh" (đo quy ước trong hệ thời gian phối hợp động lực khối tâm, TDB). Nguyên nhân do khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời không phải là bất biến (nó thay đổi từ &0000000000000000.9832900.9832898912 đến &0000152097701001.1400151.0167103335 AU) và, khi Trái Đất ở gần Mặt Trời hơn (điểm cận nhật), trường hấp dẫn của Mặt Trời mạnh hơn và Trái Đất chuyển động nhanh hơn trên quỹ đạo của nó. Khi mét được xác định theo các số hạng giây và tốc độ ánh sáng là hằng số cho mọi quan sát viên, độ dài mét trên địa cầu sẽ thay đổi độ dài so với "độ dài hành tinh" trên một cơ sở tuần hoàn.

Mét được xác định là đơn vị của độ dài riêng (proper length), nhưng định nghĩa SI không chỉ rõ tenxơ mêtric nào được sử dụng để xác định nó. Quả vậy, Ủy ban Quốc tế về Cân đo (CIPM) lưu ý rằng "định nghĩa chỉ áp dụng cho những khoảng cách đủ nhỏ mà hiệu ứng của trường hấp dẫn không đều có thể bỏ qua được".[20] Như vậy, mét không xác định được chính xác cho những mục đích đo khoảng cách trong phạm vi hệ Mặt Trời. Định nghĩa 1976 cho đơn vị thiên văn là chưa hoàn thiện bởi vì nó không nêu cụ thể thời gian được đo trong hệ quy chiếu nào, nhưng nó mang lại phương thức tính toán lịch thiên văn: một định nghĩa đầy đủ hơn nhất quán với thuyết tương đối rộng đã được đề xuất,[21] và trải qua "tranh cãi phức tạp"[22] cho đến tận tháng 8 năm 2012 khi IAU chấp nhận định nghĩa hiện nay của 1 đơn vị thiên văn = &0000149597870700.000000149597870700 mét.

Đơn vị thiên văn chủ yếu được sử dụng cho các khoảng cách trong phạm vi một hệ sao, kích thước của một đĩa tiền hành tinh hay khoảng cách đến Mặt Trời của một tiểu hành tinh, trong khi các đơn vị khác được sử dụng ở những mức khoảng cách thiên văn học khác nhau. Đơn vị thiên văn là quá nhỏ để có thể sử dụng thuận tiện cho khoảng cách liên sao và lớn hơn, nơi mà đơn vị parsec và năm ánh sáng được sử dụng. Parsec (thị sai giây cung) được xác định theo đơn vị thiên văn, là khoảng cách của một vật thể với thị sai bằng 1 giây cung. Năm ánh sáng thường được sử dụng trong phổ biến khoa học, nhưng không phải là đơn vị SI được phê chuẩn và hiếm khi các nhà thiên văn chuyên nghiệp sử dụng.[23]