如果仅仅按照金庸小说《天龙八部》来说,是同族兄弟。段延庆是原太子,因为大理内乱,他父亲上德帝段廉义被权臣杨义贞推翻,他因此落难。后来杨义贞被诛杀,段廉义的侄子段寿辉即位,被称为上明帝,后来他退位,传位给堂弟段正明,就是保定帝。段正淳就是保定帝段正明的亲弟弟,所以他也是段延庆的同族兄弟。
另一层关系,段延庆落难逃到天龙寺外,遇到段正淳原配妻子刀白凤,刀白凤因为恨段正淳沾花惹草,所以一气之下委身浑身是伤,邋遢不堪的段延庆,为报复段正淳。后怀上段誉。从这个角度,他们算情敌,但到死那刻段正淳都不知道。
上面说的是小说情节,至于正史,段廉义无子,所以后来才拥立段寿辉为帝。因为大理史料缺失严重,段延庆这个名字只是零星出现了两次在史书中,具体身份不明。金庸借用了这个名字,说是段廉义的儿子。顺便说一句,段正淳在正史中不像小说里那样死在哥哥段正明前面,而是在段正明之后即为,做了皇帝,再传给段誉。另外,段誉又名段正严。关于段正明、段正淳、段正严三个人究竟是什么关系,同样因为史料缺失,有多种说法,可能是兄弟三人,可能是祖孙三代,也有可能像小说写的,是两代人。