| 从18世纪晚期到1980年代，航海天文钟的设计几乎没有改变。托马斯·恩肖最终采用的模式非常成功，它经受了时间的考验，几乎不需要什么大的改进。在今天，在海上使用一台状况良好的19世纪早期的仪器作为计时器是完全可能的，并且，对于航海天文钟来说，连续使用半个世纪以上是很常见的。英国的航海天文钟行业是出了名的保守，标准仪器的基础设计很大程度上要归功于18世纪典型的英国表，如同所有的表和时钟，航海天文钟有五个主要部分：·时控机构——具有恒定运动周期的装置，比如钟摆或平衡轮。 
主发条
大约1500年，可能在纽伦堡发明了盘簧作为动力源，这使得便携式计时器成为可能。从一开始，人们就发现，当弹簧从完全缠绕状态松开时，功率输出变化很大，这对计时准确度有显著影响。为了在主发条松开时平衡输出功率，人们发明了一种灵巧的装置，也就是为后人所知的“均力圆锥轮”，在已知最早的发条驱动计时器中就有这种装置。
主发条盘绕在发条盒中；缠绕在发条盒上的一根细绳或链条通过一个螺旋槽拉动均力圆锥轮。上发条时，链条从主发条盒缠绕到均力圆锥轮上；当发条被完全上紧时，链条拉动均力圆锥轮较窄的一端，当发条松开，螺旋线的直径增大，补偿了发条逐渐减小的功率输出。大多数高质量的发条驱动计时器都使用了均力圆锥轮，当航海天文钟被开发出来时，螺旋线的设计已经与主发条非常匹配。
在给航海天文钟上发条时，擒纵机构的动力源会被中断——这会造成时间误差，并可能损坏精密的擒纵机构。这个问题在约翰·哈里森的H1中已得到解决。
当航海天文钟运行时，均力圆锥轮中的一个发条一直处于被上紧的状态，通过储能棘轮与发条的一端相连。在上发条时，均力圆锥轮螺旋部分反转，但是通过储能棘轮使得储能发条不会松开。储能发条的另一端与大齿轮相连，这个发条中存储的动力足以保持天文钟持续运行几分钟。当上弦钥匙松开时，均力圆锥轮的链条再度被发条拉紧。
上弦时主发条和均力圆锥轮展现在动力维持中的相互作用
来自主发条的动力通过一组被称为“轮系（train）”的齿轮传送到擒纵机构。“大轮”通过“中心轮”与均力圆锥轮的齿轮耦合；加上“第三轮”和“第四轮”共同组成轮系，它们与“擒纵轮”相啮合。中心轮每小时转动一圈，延伸出去的枢轴上安装着分针；同样地，第四轮每分钟转动一圈，安装着秒针。
分针和时针通过一组有着个三个齿轮的走针机构进行运作。空心轴小齿轮，装有分针，是以摩擦形式安装在中心轮（每小时转动一圈）延伸部分上。它抓住针轴，但仍能够转动，从而可以调整时分针。分轮（之所以叫分轮，是因为它将分钟转换成小时）与空心轴小齿轮啮合，但没有装配指针——它提供了时轮转动所需的12:1的传动比。空心轴小齿轮的轴穿过时轮的金属管，与分轮啮合，从而使分轮与空心轴小齿轮相啮合。组装时，空心轴小齿轮的方形轴从时轮的金属管中突出，分针装配在这个方形端口上，时针套在下面的金属管上。秒针装配在第四轮延伸出去的轴端，每分钟转一圈。
在航海天文钟运行的时候，了解发条的储能状态非常重要；一台走时两天的仪器通常需要每天在同一时间上弦一次，预留一天多一点的动力储备。走时指示盘通常刻有0到56小时的刻度或0到8天的刻度（0刻度为上满发条时的位置）；走时两天的航海天文钟通常在24的位置刻有“wind（上发条）”。走时指示盘的指针装配在一个齿轮上，这个齿轮与钟盘下方均力圆锥轮心轴上的小齿轮相啮合。在上发条的时候，均力圆锥轮朝一个方向转动，然后反向松开。
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