水准测量使用水准仪和水准尺，利用水平视线测量两点之间的高差，再由已知点高程推求出未知点高程。
如图1所示，若已知地面上A点的高程HA ，欲求地面上B点的高程HB时，则应测定A、B两点间的高差hAB。因此，安置水准仪于A、B两点之间，并于A、B两点上分别竖立水准尺，再根据水准仪提供的水平视线在水准尺上读数。若按水准测量的前进方向分别在已知点A上读取后视读数，在未知点B上读取前视读数b，则B点相对于A点的高差为
（图1：水准测量原理）
由于A、B两点有高低之分，则其高差有正有负，若B点高于A点，则a>b，hAB>0；若B点低于A点，则a<b，hAB<0。当已知A点高程HA 时，则未知点高程HB 为
利用实测高差hAB 来计算B点高程的方法称为高差法，但为了避免计算高差时发生正、负号错误，在书写高差hAB 时必须注意下标的写法。hAB 是表示由A点至B点的高差，hBA 则表示由B点至A点的高差，即hAB =-hBA 。
在实际工作中，可利用水准仪的视线高Hi 来计算前视点B的高程。这一做法对安置一次仪器，并根据一个已知高程点的后视来求取若干个前视点高程时计算较为方便。
（图2：水准测量）
当A、B两点相距较远或其高差较大（图2），往往安置一次仪器不可能测定其间的高差值时，则必须在两点之间加设若干个临时的立尺点，作为高程传递的过渡点（转点），并分段连续安置仪器、竖立水准尺，依次测定转点之间的高差，最后取其代数和，从而求得A、B两点间的高差hAB 为
式中，
。
由此可见，在实际测量工作中，起点至终点的高差可由各段高差求和而得，也可利用所有后视读数之和减去前视读数之和而求得。
若已知A点的高程HA，则B点的高程HB为
在实际工作中，可逐段计算出各测站的高差，然后取其总和而求得hAB ，并利用式（1-5），即用后视读数之和减去前视读数之和来计算hAB 作为检核。