| 從18世紀晚期到1980年代，航海天文鐘的設計幾乎沒有改變。托馬斯·恩肖最終采用的模式非常成功，它經受了時間的考驗，幾乎不需要什么大的改進。在今天，在海上使用一臺狀況良好的19世紀早期的儀器作為計時器是完全可能的，并且，對于航海天文鐘來說，連續使用半個世紀以上是很常見的。英國的航海天文鐘行業是出了名的保守，標準儀器的基礎設計很大程度上要歸功于18世紀典型的英國表，如同所有的表和時鐘，航海天文鐘有五個主要部分：·時控機構——具有恒定運動周期的裝置，比如鐘擺或平衡輪。 
主發條
大約1500年，可能在紐倫堡發明了盤簧作為動力源，這使得便攜式計時器成為可能。從一開始，人們就發現，當彈簧從完全纏繞狀態松開時，功率輸出變化很大，這對計時準確度有顯著影響。為了在主發條松開時平衡輸出功率，人們發明了一種靈巧的裝置，也就是為后人所知的“均力圓錐輪”，在已知最早的發條驅動計時器中就有這種裝置。
主發條盤繞在發條盒中；纏繞在發條盒上的一根細繩或鏈條通過一個螺旋槽拉動均力圓錐輪。上發條時，鏈條從主發條盒纏繞到均力圓錐輪上；當發條被完全上緊時，鏈條拉動均力圓錐輪較窄的一端，當發條松開，螺旋線的直徑增大，補償了發條逐漸減小的功率輸出。大多數高質量的發條驅動計時器都使用了均力圓錐輪，當航海天文鐘被開發出來時，螺旋線的設計已經與主發條非常匹配。
在給航海天文鐘上發條時，擒縱機構的動力源會被中斷——這會造成時間誤差，并可能損壞精密的擒縱機構。這個問題在約翰·哈里森的H1中已得到解決。
當航海天文鐘運行時，均力圓錐輪中的一個發條一直處于被上緊的狀態，通過儲能棘輪與發條的一端相連。在上發條時，均力圓錐輪螺旋部分反轉，但是通過儲能棘輪使得儲能發條不會松開。儲能發條的另一端與大齒輪相連，這個發條中存儲的動力足以保持天文鐘持續運行幾分鐘。當上弦鑰匙松開時，均力圓錐輪的鏈條再度被發條拉緊。
上弦時主發條和均力圓錐輪展現在動力維持中的相互作用
來自主發條的動力通過一組被稱為“輪系（train）”的齒輪傳送到擒縱機構?！按筝啞蓖ㄟ^“中心輪”與均力圓錐輪的齒輪耦合；加上“第三輪”和“第四輪”共同組成輪系，它們與“擒縱輪”相嚙合。中心輪每小時轉動一圈，延伸出去的樞軸上安裝著分針；同樣地，第四輪每分鐘轉動一圈，安裝著秒針。
分針和時針通過一組有著個三個齒輪的走針機構進行運作?？招妮S小齒輪，裝有分針，是以摩擦形式安裝在中心輪（每小時轉動一圈）延伸部分上。它抓住針軸，但仍能夠轉動，從而可以調整時分針。分輪（之所以叫分輪，是因為它將分鐘轉換成小時）與空心軸小齒輪嚙合，但沒有裝配指針——它提供了時輪轉動所需的12:1的傳動比?？招妮S小齒輪的軸穿過時輪的金屬管，與分輪嚙合，從而使分輪與空心軸小齒輪相嚙合。組裝時，空心軸小齒輪的方形軸從時輪的金屬管中突出，分針裝配在這個方形端口上，時針套在下面的金屬管上。秒針裝配在第四輪延伸出去的軸端，每分鐘轉一圈。
在航海天文鐘運行的時候，了解發條的儲能狀態非常重要；一臺走時兩天的儀器通常需要每天在同一時間上弦一次，預留一天多一點的動力儲備。走時指示盤通?？逃?到56小時的刻度或0到8天的刻度（0刻度為上滿發條時的位置）；走時兩天的航海天文鐘通常在24的位置刻有“wind（上發條）”。走時指示盤的指針裝配在一個齒輪上，這個齒輪與鐘盤下方均力圓錐輪心軸上的小齒輪相嚙合。在上發條的時候，均力圓錐輪朝一個方向轉動，然后反向松開。
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