自動水準儀的刻度顯示保持水平的最常見原理是基于鐘擺的特性。

如果將水平儀放置在不平坦的表面上，如果不進行校正，通過鏡頭看到的刻度也會傾斜，因此對于沒有自動功能的水平儀，需要使用棒狀氣泡進行目視校正。自動水準儀利用了擺錘始終垂直的特性，將刻度顯示懸掛在擺錘上，使其在一定范圍內始終校正到垂直位置。此外，還使用活塞和氣缸來停止和穩定鐘擺。的空氣制動系統，或使用磁鐵的磁力制動系統。尺度顯示格式一般都是光學的。

電子水準儀的原理與自動水準儀相同，但刻度被分配給條形碼，并且通過分析圖像來自動讀取刻度。

使用電子水準儀進行測量，精度高，不存在因觀察者造成的誤差，因此日本國土地理院也采用電子水準儀進行測量。