天人感應思想起源很早，散見於先秦古籍之中。《洪範》說：“肅，時寒若”，“乂，時旸若”，認為君主施政態度能影響天氣的變化。這是天人感應思想的萌芽。春秋時盛行的占星術，依據天體的運行推測人事的吉兇禍福，是天人感應思想的直接來源。漢代董仲舒繼承和發揮了陰陽家的思想，使天人感應說臻於成熟。戰國後期，陰陽家鄒衍“深觀陰陽消息而作怪遇之變”，使天人感應思想趨於系統化。
天人感應之說，起源自儒家六經中的《尚書·洪範》。《洪範》曰：「曰肅、時雨若；曰乂，時旸若；曰晰，時燠若；曰謀，時寒若；曰聖，時風若。曰咎徵：曰狂，恒雨若；曰僭，恒旸若；曰豫，恒燠若；曰急，恒寒若；曰蒙，恒風若。」意思是說君主施政態度能影響天氣的變化。孔子作《春秋》，認為災異是國君失德而引發的。孔子曾說：“邦大旱，毋乃失諸刑與德乎？”，又勸國君“正刑與德，以事上天。” 《春秋》之所以重災異，是因為孔子認為天人之間有感應關系，人類的行為會上感於天，天會根據人類行為的善惡邪正下應於人，天下應人的方式即是用災異來譴告人，使人反省改過。 「國家將興，必有禎祥；國家將亡，必有妖孽。見乎蓍龜，動乎四體。」有德必能感應上天。「積善之家必有余慶，積不善之家必有余殃」。另壹方面，孔子強調“獲罪於天，無所禱也。”
《春秋公羊傳·僖公十五年》雲：「季姬歸於鄫。己卯，晦，震夷伯之廟。晦者何？冥也。震之者何？雷電擊夷伯之廟者也。夷伯者，曷為者也？季氏之孚也。季氏之孚則微者，其稱夷伯何？大之也。曷為大之？天戒之，故大之也。何以書？記異也。」
《春秋公羊傳·宣公十五年》雲：「冬，蝝生。未有言蝝生者，此其言蝝生何？蝝生不書，此何以書？幸之也。幸之者何？猶曰受之雲爾。受之雲爾者何？上變古易常，應是而有天災，其諸則宜於此焉變矣。」何休《公羊解詁》註雲：「上謂宣公，變易公田古常舊制而稅畝，應是變古易常而有天災，眾民用饑，言宣公與此天災餓後，能受過變悟，復古行，中冬大有年，其功美過於無災，故君子深為喜而僥幸之。」蝝即蟲眾，今謂之煌蟲。始生曰蝝，大曰蟲眾。依《春秋》書法常例，書蟲眾而不書蝝生，因始生之蝝尚未為災害。而《春秋》變例所以書蝝生者，因宣公於天災後能反省改過復古制，故孔子為宣公僥幸而書之。《傳》中明言宣公變古易常天應之而有災，即是天人感應之義。
《春秋公羊傳》多達十六次明文指出：「此何以書？記災也。」又三十二次點明：「此何以書？記異也。」如「大雩。大雩者何？旱祭也。然則何以不言旱？言雩則旱見；言旱則雩不見。何以書？記災也。」 何休註曰：“旱者，政教不施之應。先是桓公無王行，比為天子所聘，得誌益驕，去國遠狩，大城祝丘，故致此旱。”按何休之解，旱災乃政教不施之應。
故《漢書·五行誌》曰：「周道敝，孔子述《春秋》，則《乾》《坤》之陰陽，法《洪範》之咎徵，天人之道燦然著矣。」 董仲舒“以《春秋》災異之變推陰陽所以錯行”， 董仲舒繼承了《公羊傳》中的災異說。他應漢武帝之對策雲：
“臣謹案春秋之中，視前世已行之事，以觀天人相與之際，甚可畏也。國家將有失道之敗，而天乃先出災害以譴告之，不知自省，又出怪異以警懼之，尚不知變，而傷敗乃至。以此見天心之仁愛人君而欲止其亂也。……及至後世，淫佚衰微，不能統理群生，諸侯背畔，殘賊良民以爭壤土，廢德教而任刑罰。刑罰不中，則生邪氣；邪氣積於下，怨惡畜於上。上下不和，則陰陽繆盭而妖孽生矣。此災異所緣而起也。”
董仲舒借時學（陰陽五行學）發揮或者說發展《春秋》天人感應思想，其說固然奇偉怪譎，難以思議，但決非無中生有，而是本於《春秋》窮天人之變的精神。
董仲舒繼承了儒家傳統中《洪範》講五行的思想，並發揚光大之，建立了壹套囊括天人的宇宙學說。董仲舒認為，宇宙由木、火、土、金、水五種不同的屬性組成。此五種不同的屬性相生相勝，構成壹合理的宇宙關系。如木生火，火生土，土生金，金生水，水生木，反過來看則是水勝火，火勝金，金勝木，木勝土，土勝水。五行相生是壹種生成關系，五行相勝是壹種變救關系。宇宙按照這種五行相生相勝的關系生成變化，因而成為壹可理解的合理的宇宙。如木性主生故為春，火性主長故為夏，土性主養故為夏，金性主收故為秋，水性主藏故為冬。用五行來解釋天時，天時即合乎理性可被理解。在董子看來，不僅天時依五行構成，人事也依五行構成。如木為春生之性宜以農為本勸農事無奪農時，火為夏長之性宜選賢舉能賞有功封有德，土為養成之性宜循宮室之制謹夫婦之別，金為秋收攏宜刑有罪伐無道安集天下，水為冬藏之性宜敬四時之祭與諦袷昭穆之序。如此，依五行解人事，人事亦合理而可理解。按照董子的宇宙構成說，宇宙依五行被合理地安排，日月星辰、春夏秋冬、山河大地、魚蟲鳥獸皆依五行之性合理地運行生成,故人世間與自然界不應有災異存在，因人世間之災與自然界之異均是不依五行之性合理地生成運行所致。但是，從現實上來看，合理地構成宇宙的五行關系往往會被打破，即五行相生相克的合理宇宙會因為五行失序處於壹種不合理的荒謬狀態，這樣，日月星辰、春夏秋冬的運行就會失序，山河大地、魚蟲鳥獸的生成就會變態，即就會出現災異現象。也就是說，災異是破壞了建立在五行之上的合理的宇宙關系所致。故董子在《春秋繁露·治亂五行》壹章專門論述了災異產生的原因是破壞了合理的五行關系。董子曰：
“火幹木，蠻蟲早出，雷早行；土幹木，胎夭卵毈，鳥蟲多傷；金幹木，有兵；水幹木，春下霜。土幹火，則多雷；金幹火，革木夷；水幹火，夏雹；木幹火，則地動。金幹土，則傷五谷，有殃；水幹土，夏寒雨霜；木幹土，倮蟲不為；火幹土，則大旱。水幹金，則魚不為；木幹金，則草木再生；火幹金，則草木秋榮；土幹金，五谷不成。木幹水，冬蟄不藏；土幹水，則蟲蟄冬出；火幹水，則星墜；金幹水,則冬大寒。”
董子雖然用五行學說說明了災異產生的原因，但要說明天人感應還不夠，還必須進壹步說明為什麽人的行為會破壞五行（天）的秩序而導致災異。鑒於此，董仲舒再進壹步從陰陽的角度提出了類應學說。
為了進壹步說明天人感應的原因，董子還提出了氣化學說。董子認為，天地宇宙唯氣化而成，人生活在天地之間陰陽之氣的包融中，就像魚生活在水的包涵中壹樣，只是水有實物可見，而氣化之宇宙浩浩然難見而已。因此，天地之間，宇宙之中，雖虛而實（實即謂充滿著氣，由氣化而成）。在這壹由氣化成的宇宙中，人之氣與天地宇宙之氣相互流通，相互滲入，因而人之氣會影響到整個天地宇宙之氣。如果人之氣調和順適，此氣與天地宇宙之氣相肴（相混合），天地之化即美，祥瑞乃現；如果人之氣邪亂乖謬，此氣與天地宇宙之氣相肴，天地之序即亂，災異乃出。由此可見，董子是以氣化之宇宙來作為天人感應的基礎，以人天之氣相數來說明災異的產生。天人類應之跡雖無形而不可見，但氣化宇宙中人天之氣相肴實有因果關系可尋。董子是以氣化說證明類應說並非虛構，實有理據可依。
在董仲舒思想中，天人感應是其神學目的論體系的核心。天人感應主要有兩個方面的內容：①災異譴告說，認為自然災害和統治者的錯誤有因果聯系。“凡災異之本，盡生於國家之失”。天子違背了天意，不 行仁義，天就出現災異，進行譴責。若“譴之而不知，乃畏之以威”。②“天人同類”說，認為“天有陰陽，人亦有陰陽，天地之陰氣起，而人之陰氣應之而起；人之陰氣起，而天之陰氣亦宜應之而起。其道壹也”。這種說法，以氣為中介，認為氣具有刑德的作用，“陽為德，陰為刑”。同時，人的道德行為也可以引起氣的變化而相互感應，說“世治而民和，誌平而氣正，則天地之化精而萬物之美起；世亂而民乖，誌癖而氣逆，則天地之化傷，氣生災害起”。董仲舒把“天”塑造成至上神，以“天人感應說來限制無限的君權，同時也給君父的尊位及其統治找到了理論根據。在董仲舒著作中，上述兩種說法是相互結合交替發生的。
天人感應與災異說最終在《白虎通德論》中規定下來，給漢代政事帶來很大的影響。在漢代，天人感應思想占了統治地位，劉向，劉歆、班固都承認政治得失，可以導致災異變怪。《史記·天官書》、《漢書·五行誌》有大量災異變怪的記載。讖緯之學泛濫時，天人感應說更為盛行。
漢武帝為了 大壹統 的政治需要，采納董仲舒（約公元前179年- 公元前104年） 罷黜百家，獨尊儒術 的建議，確立了儒家的正統地位和今文經學派的官學地位。董仲舒從解釋儒學的經典著手，建立了壹整套神學世界觀，使儒學走上了宗教化的道路。他提倡 天人感應 的神學目的論，在政治上論證了專制統治的合法性和合理性，它虛構天的至高無上，以樹立皇帝的最高權威，來維護和加強人間君主的統治。這就對科學技術產生了很大的影響，它排除了進行科學探索的必要性，認為宇宙內的壹切，從自然界到人類和社會的所有現象，都是照著天的意誌而顯現的， 天者萬物之祖，萬物非天不生 （《春秋繁露·順命》），而天創造萬物的目的是為了養活人，即所謂“天之生物也，以養人”（《春秋繁露·服制象》），天又完全依照它自身的模型塑造了人，人的形體、精神、道德品質等等，都被說成是天的復制品，與天相符的。這樣天人感應就成為必然的了。於是災異被認為是天的譴告，“災者，天之譴也，異者，天之威也”（《春秋繁露·必仁且知》）。春、夏、秋、冬四季變化則是天的愛、嚴、樂、哀的表現，天氣的暖、清、寒、暑則以帝王的好、惡、喜、怒來解釋，等等。它幾乎要窒息人們對自然現象的規律進行探索的任何生機，對科學技術的發展產生了極大的阻礙作用。
在漢武帝時期，由於董仲舒的這壹段神學世界觀剛剛確立，非正統的所謂異端思想還在進行頑強的反抗。“欲以究天人之際，通古今之變，成壹家之言”（《漢書·司馬遷傳》）為抱負的司馬遷，正是這樣的代表人物。他反對在科學知識上面附上宗教迷信，使人拘而多畏，他批評巫祝禨（jī，音擊，迷信鬼神的舉動）祥的迷信思想，對 天人感應 的神學世界觀持批評的態度。在《史記》中，司馬遷在同自然科學有關的壹些問題上，顯示了自己廣博學識和求實精神，其《天官書》是中國現存的第壹篇系統描述全天星官的著作；《歷書》則表達了他關於歷法的主張；《律書》、《河渠書》、《貨殖列傳》等則有關於音律學、水利、地理知識的記述。而且司馬遷所開創的在史書中記錄科學技術史料的先例，為後世所遵循。他的首創之功，不可湮沒。
當時，諸子百家的學說在壹些郡國還有壹定影響，如淮南王劉安也正在這時召集賓客寫成陰陽、儒、道、名、法畢集的著作《淮南子》。所以，這時的學術思想雖已向僵化的方向發展，但還有較大的活動余地。但到了甘露三年（公元前51年）漢宣帝召集各地儒者到長安石渠閣開會，討論經義異同，把董仲舒思想體系推到了唯壹官學的地位；同時還禁封了諸子百家以及司馬遷的著作，甚至由西漢王朝分封出去的劉姓諸侯王手中的這些著作也在禁封之列。從此以後，僵化的神學世界觀廣為泛濫。