微傾水準儀原理
借助于微傾螺旋獲得水平視線的一種常用水準儀。作業時先用圓水準器將儀器粗略整平，每次讀數前再借助微傾螺旋，使符合水準器在豎直面內俯仰，直到符合水準氣泡精確居中，使視線水平。微傾的精密水準儀同普通水準儀比較，前者管水準器的分劃值小、靈敏度高，望遠鏡的放大倍率大，明亮度強，儀器結構堅固，特別是望遠鏡與管水準器之間的聯接牢固，裝有光學測微器，并配有精密水準標尺，以提高讀數精度。中國生產的微傾式精密水準儀，其望遠鏡放大倍率為40倍，管水準器分劃值為10″/2毫米，光學測微器最小讀數為0.05毫米，望遠鏡照準部分、管水準器和光學測微器都共同安裝在防熱罩內。
自動安平水準儀原理
借助自動安平補償器獲得水平視線。當望遠鏡視線有微量傾斜時，補償器在重力作用下對望遠鏡作相對移動，從而迅速獲得視線水平時的標尺讀數。補償的基本原理是：當望遠鏡視線水平時，與物鏡主點同高的水準標尺上物點P構成的像點Z0應落在十字絲交點Z上。當望遠鏡對水平線傾斜一小角α后，十字絲交點Z向上移動，但像點Z0仍在原處，這樣即產生一讀數差Z0Z。當很小時可以認為Z0Z的間距為α×f′（f′為物鏡焦距），這時可在光路中K點裝一補償器，使光線產生屈折角β，在滿足α×f′=β×S0（S0為補償器至十字絲中心的距離，即KZ）的條件下，像Z0就落在Z點上；或使十字絲自動對儀器作反方向擺動，十字絲交點Z落在Z0點上。這種儀器較微傾水準儀工效高、精度穩定。
激光水準儀原理
利用激光束代替人工讀數的一種水準儀。將激光器發出的激光束導入望遠鏡筒內，使其沿視準軸方向射出水平激光束。
利用激光的單色性和相干性，可在望遠鏡物鏡前裝配一塊具有一定遮光圖案的玻璃片或金屬片，即波帶板，使之所生衍射干涉。經過望遠鏡調焦，在波帶板的調焦范圍內，獲得一明亮而精細的十字型或圓形的激光光斑，從而更精確地照準目標。如在前、后水準標尺上配備能自動跟蹤的光電接收靶，即可進行水準測量。在施工測量和大型構件裝配中，常用激光水準儀建立水平面或水平線。
電子水準儀原理
電子水準儀又稱數字水準儀，它是在自動安平水準儀的基礎上發展起來的。它采用條碼標尺，各廠家標尺編碼的條碼圖案不相同，不能互換使用。2013年前照準標尺和調焦仍需目視進行。人工完成照準和調焦之后，標尺條碼一方面被成象在望遠鏡分化板上，供目視觀測，另一方面通過望遠鏡的分光鏡，標尺條碼又被成象在光電傳感器（又稱探測器）上，即線陣CCD器件上，供電子讀數。因此，如果使用傳統水準標尺，電子水準儀又可以象普通自動安平水準儀一樣使用。不過這時的測量精度低于電子測量的精度。特別是精密電子水準儀，由于沒有光學測微器，當成普通自動安平水準儀使用時，其精度更低。
當前電子水準儀采用了原理上相差較大的三種自動電子讀數方法：相關法（徠卡NA3002/3003）、幾何法（蔡司DiNi10/20）、相位法（拓普康DL101C/102C）。
