全站仪主要由望远镜、测角系统(水平度盘,竖直度盘等)、测距系统(电子测距仪）、数据处理系统、存储设备、通讯接口等组成。
它通过记录水平角，竖直角，距离等一系列观测值，通过数据处理系统，计算出两点间的坐标差（△ X ,△ Y ,△ H ），进而推算出未知点的平面坐标和高程。
当然也可以利用该原理，将图上设计好的坐标在实地标定出来，即通常所说的测设或放样。
而水准仪则更简单，它通过提供一条理论上水平的视准线，从望远镜中读取两点上水准尺读数 a , b (假如后视读数 a ，前视读数 b ),得到两点间的高差△ h = a-b ，通过已知点高程，推算未知点高程。
