全站儀可以看作一臺光電經緯儀和一臺鐳射測距儀，加上內部電路和計算機系統將兩者功能結合,透過由儀器測得的斜距，水平角和豎直角經過計算來實現對目標點的三維座標測量。例如，測量地面上某點的三維座標是如下過程：1.架設儀器在某一己知點上，該點必須能與被測點通視2.建立測站：輸入測站點的NEZ三維座標值3.對後視：輸入後視方位角或輸入後視點NE座標由儀器自動計算出座標方位角，該方位角是指測站點-後視點基線的座標方位角。操作望遠鏡照準後視點，點選ok，儀器則自動將其水平度盤在該方向的角度值設為座標方位角值了，是為“配盤”。以後你轉動望遠鏡，望遠鏡的指向的水平度盤值就是該方向的座標方位角。4.測量目標稜鏡：照準目標稜鏡中心，按測量鍵，儀器開始測量儀器中心到目標稜鏡的斜距，同時得到豎盤讀數（注意，豎盤是不需要設定“配盤”的，因為儀器內建有垂直感測器，一般儀器裡面可以設定豎盤水平方向為0或天頂為0，兩種設定都不影響儀器輸出儀器望遠鏡中心-目標的仰/俯角）。根據測得的仰/俯角和斜距，透過三角函式即可解出目標到儀器的平距和高差。平距，座標方位角和測站點的NE座標透過座標正算即可解出目標點的NE座標；測站點高程，儀高（儀器望遠鏡中心到測站點的高差），儀器望遠鏡中心到目標稜鏡的高差，目標稜鏡高（目標稜鏡中心到地面目標點的高差）均為己知量，透過四則運算即可得到目標點的高程；因此，目標點的NEZ座標即可測得。全站儀其他的一切功能也都是基於這三個物理測量資料經過計算機輔助計算而實現的。