水平儀的原理主要是重力感應，主要是用來測量物體是否上下平行於水平面，左右是否發生傾斜，其中側面的水泡是用來測左右傾斜的，使用時你只需要把水平儀放在物體平面上，如果側面水泡處在中間則說明左右未發生傾斜，另外的那個水泡處在中間則說明物體水平。

一、機械式水平儀原理

水平儀主要用於檢驗各種機床和工件的平面度、直線度、垂直度及設備安裝的水平位置等。特別是在測垂直度時，磁性機械水平儀可以吸咐在垂直工作面上，不用人工扶持，減輕了勞動強度，避免了人體熱量輻射帶給水平儀的測量誤差。

機械水平儀主要依靠水準管進行測量，水平儀的水準管是由玻璃製成，水準管內壁是一個具有一定曲率半徑的曲面，管內裝有液體，當水平儀發水平儀工作原理生傾斜時，水準管中氣泡就向水平儀升高的一端移動，從而確定水平面的位置。水準管內壁曲率半徑越大，分辨率就越高，曲率半徑越小，分辨率越低，因此水準管曲率半徑決定了水平儀的精度。

二、電子水平儀原理

電子水平儀主要用來測量高精度的工具機，其靈敏度非常高，有電感式和電容式等兩種。電感式的原理是當水平儀的基座因待測工件傾斜而傾斜時，其內部擺錘因移動所造成感應線圈的電壓變化，通過電壓變化將傾斜度測量處理。

電容式水平儀其測量原理為一圓形擺錘自由懸掛在細在線，擺錘受地心重力所影響，且懸浮於無摩擦狀況。擺錘的兩邊均設有電極且間隙相同時電容量是相等，若水平儀受待測工件所影響而造成，兩間隙不同距離改變即產生電容不同，形成角度的差異。