天人关系是关于自然与社会的关系，是中国古代哲学问题的一个集中体现。在天人关系上，孟子提出“尽心、知性、知天”的天人合一的认识观念，荀子强调“天人相分”，并认为庄子忽视了人的认识自然的能动性，即“蔽于天而不知人”。而《淮南子》承认天人之别，但认为二者并非处于对立的状态，而是相通的，这就为天人感应说提供了可能性。
首先，要通达天地人三者，这是由汉初天人合一的思维模式和究天人之际的历史使命决定的。《淮南子》以积极入世的态度和行为追索天人相通之处，寻求天人的和谐与一致。《淮南子》中的“天”既有自然之内涵，同时又包含具有人格意志的至高无上的权威，但主张“天之与人有以相通也”。《淮南子》一书是自然与社会知识的汇集，而能够贯通天地的认识和行为的主体是感性与理性并具的人。宇宙万物之中，以一贯之的根源是“道”，道具有通的特征与功能。“夫人之所受于天者，耳目之于声色也，口鼻之于芳臭也，肌肤之于寒燠，其情一也；或通于神明，或不免于痴狂者，何也？其所为制者异也”，人的感觉的相同说明天的公正性，而人的认识能力和精神境界的差异是人自身造成的。
是故圣人法天顺情，不拘于俗，不诱于人，以天为父，以地为母，阴阳为纲，四时为纪。
故头之圆也象天，足之方也象地。天有四时、五行、九解、三百六十六日，人亦有四支、五藏、九窍、三百六十六节。天有风雨寒暑，人亦有取与喜怒。故胆为云，肺为气，肝为风，肾为雨，脾为雷，以与天地相参也，而心为之主。是故耳目者日月也，血气者风雨也。日中有？鸟，而月中有蟾蜍。日月失其行，薄蚀无光；风雨非其时，毁折生灾；五星失其行，州国受殃。夫天地之道，至？以大，尚犹节其章光，爱其神明，人之耳目曷能久熏劳而不息乎？精神何能久驰骋而不既乎？
从形体、数量、情绪等多方面进行天人间的主观比附，以天人相副证明天人之间的联系。将天的形象拟人化、具体化，认为由天的任何变化都能推测出人世间的变动。人是天地造化的产物，以天之所为暗示人之应为，天反映和决定主宰着人间的一切。但人在“天”的面前并非完全被动的，人若因循自然依天行事，则天自会降福于人。
《天文训》有多处关于“通天”的观念：
人主之情，上通于天，枉法令则多虫螟，杀不辜则国赤地，令不收则多淫雨。
然而专精厉意，委务积神，上通九天，激厉至精。夫全性保真，不亏其身，遭急迫难，精通于天。
并非人人都具有这种能力，人能通天的前提是君主或有高深道德修养和精诚之心以及专注精神的特殊人物。这主要看人的至精、至诚若能感动天，天则降福于人。
其次，天人关系的现实目的是要贯通道与事或理与事。作为全书总纲的《要略》篇有“中通诸理”、“通其志”、“通回造化之母”、“通同异之理”、“使人通回周备”、“通维初之道”、“通古今之论”、“通古今之事”、“通殊类”等语，表明此书力图打通万物间的种种隔阂与障碍，揭示天地之理、人间之事和帝王之道，将万千事物统合成一整体，并将这一主题贯通体现在前面二十篇之中，反对“塞”、“隔”、“曲”，以实现“大通”。反映出作者立于天地之间的雄心与胆识以及积极进取的时代精神。在政治上所主张的“通治”，是既有所本而又有因时而变博采众长的自觉的社会改造意识。《淮南子》以道统事、言事、论事，以事体道、明道、证道，从而将天道与人事相结合、理想与现实相统合，道事并举是此书写作的总的指导思想。二十篇的写作秩序符合由天道到人事的思维模式，而天道与人事是天人关系的具体表现。
《淮南子》是以道开显宇宙的本根，同时以事释道、明道不致使道沦于蹈虚空谈和空说无着的境地，从而将天地人贯通在一起。“故圣人所由曰道，所为曰事。道犹金石，一调不更；事犹琴瑟，每弦改调。故法制礼义者，治人之具也，而非所以为治也。故仁以为经，义以为纪，此万世不更者也”，道为行事的依据，事为具体的行为，是道的落实与表现，道不可变而事随时变动。相对于道来说，法制礼义是具体的强制的道德规范，是人道之工具，仁义是抽象的道德本原，是治之本。前一“义”应为“仪”，是具体的行为规范，而后一“义”则指抽象的义理，二者是本末的关系。“夫作为书论者，所以纪纲道德，经纬人事，上考之天，下揆之地，中通诸理……故言道而不言事，则无以与世浮沉；言事而不言道，则无以与化游息。故著二十篇”，此书的目的是通过道事并用达到一种介于出世与入世之间的理想的生存状态。“今谓之道则多，谓之物则少，谓之术则博，谓之事则浅，推之以论，则无可言者，所以为学者，固欲致之不言而已也”，以现实中谈论道与术过多，而言物事少的事实，表明此书要改变现状，所以书中用大量的历史事实阐释道理。将道事结合起来，更能深刻揭示要阐明的事理。
此外，还进一步分析了道与事及理与事的关系。“故圣人不以行求名，不以智见誉。法修自然，己无所与。虑不胜数，行不胜德，事不胜道。为者有不成，求者有不得。人有穷，而道无不通，与道争则凶。故《诗》曰：‘弗识弗知，顺帝之则’”，“今夫万物之疏跃枝举，百事之茎叶条蘖，皆本于一根，而条循千万也”。认为事是有限的、人为的、变动的，而道是无穷的；表明道与事正如根与茎叶枝条，事是道的展现，事最终循归于道。因此，道为本，事为末，人不能弃道而从事。由此提出“举事顺道”。“是故事其神者神去之，休其神者神居之。道出一原，通九门，散六衢，设于无垓坫之宇，寂寞以虚无。非有为于物也，物以有为于己也。是故举事而顺于道者，非道之所为也，道之所施也”，行事要以合乎道为原则。“言帝道而不言君事，则不知小大之衰；言君事而不为称喻，则不知动静之宜”，就君主来说，既要懂帝王之道，又需要有切实的行动去落实帝王之道，二者是相辅相成的。表明道与事是一体不分的。
在理与事问题上，提出要“循理举事”的原则。理是道的具体化，是道的一种表现，是事物的特殊规律。“若吾所谓‘无为’者，私志不得入公道，嗜欲不得枉正术，循理而举事，因资而立，权自然之势，而曲故不得容者……圣人之从事也，殊体而合于理”，“治由文理，则无悖谬之事矣；刑不侵滥，则无暴虐之行矣”。理用以指导事，而事以理为标准和目标。在具体的行事之时，应依理而行，处理事情的方式虽有很多，但始终应合乎理，这样才不会有悖谬之事发生。“是故圣人举事也，岂能拂道理之数，诡自然之性，以曲为直，以曲为伸哉？未尝不因其资而用之也”，应依循事物的实际情况，才能成就功业。理与事实际是道与事在实际运用中的具体化，是道与事的表现。
在天人关系上《淮南子》，提出了一个总的原则，即“不以人易天”。“故达于道者，不以人易天”，人不能违背自然规律而行事，只能因循自然而为。因此自然决定人事的方向，这是道的原则与要求。