L'astrario di Giovanni Dondi è un orologio astronomico che mostra l'ora, il calendario annuale, il movimento dei pianeti, del Sole e della Luna. Il meccanismo è mosso da un orologio collocato nella parte inferiore della struttura. L'orologio è regolato da un bilanciere con scappamento a verga azionato da un motore a pesi con un sistema di contrappeso denominato "volgi e svolgi". Il bilanciere compie un battito ogni due secondi. Questo dato si deduce dagli ingranaggi dell'orologio. Esso è composto infatti di tre ruote: ruota maestra di 120 denti, seconda ruota di 80 denti con pignone di 12 ali, ruota scappamento di 27 denti con pignone di 10 ali. Coassiale e fissata alla ruota maestra, vi è una ruota di 24 denti che ingrana in una ruota di 20 denti, il cui pignone di 12 ali fornisce il moto alla sfera oraria di 144 denti. Il quadrante, la cosiddetta "Sfera Oraria", mostra le ore secondo una suddivisione in 24, di conseguenza la ruota deve compiere un giro completo in un giorno. La ruota maestra è sua volta collegata con diversi ingranaggi ai quadranti posti nella parte superiore della struttura. I sette quadranti rappresentano i movimenti dei pianeti allora conosciuti (Marte, Mercurio, Venere, Giove, Saturno), del "Primo Mobile", che descrive il moto delle stelle fisse, e della Luna. Sotto quest'ultimo si trova un ulteriore quadrante che riporta la posizione del nostro satellite rispetto a quella del Sole e permette di calcolare le date delle eclissi (la cosdetta Linea dei nodi). La lettura della posizione dei pianeti avviene rispetto ad una doppia scala graduata: scala dei mesi (mobile) e scala dello zodiaco (fissa); la scala dei mesi mobile può essere aggiustata rispetto al disco più interno per aggiustare la data indicata rispetto a quella siderale. Al centro della struttura una grande ruota svolge la funzione di calendario riportando, sul bordo esterno, i giorni di ciascun mese dell'anno. Per ogni giorno sono indicati l'ora dell'alba e del tramonto (alla latitudine di Padova), la "lettera domenicale" che determina la successione dei giorni della settimana e il nome dei santi e la data delle feste fisse della Chiesa. La lettura del giorno si effettua attraverso un'apposita feritoia laterale.