使用自然测量基准（地球质心）的水平仪
使用气泡的机械仪器，或者使用重锤的电子倾斜仪都建立在长时间的稳定、可靠之上，并以免费的测量基准－地心为基准。鉴于地心引力，液体（管子中）和重锤都依靠地心这个自然基准。重锤相对于水平仪框架的位置是通过测量面测量的。
在这些理想条件之上，水平仪和倾斜仪为高精密的测量提供了很多应用。
在框架水平位置和垂直位置上有测量面，能对工件几何元素的形状误差进行测量。如平直度或平面度误差，位置误差（如垂直度和平行度的偏差）。
根据水平仪类型的不同，读数形式可能有所不同。
典型的测量结果输出形式为：
 倾斜度为mm/m，或in/10 in
 弧度（mrad）
 角度采用十进制方式输出，如12.37°
 六十进制角度制，度(°)和分(’)，秒(”)，如15°
30’45”