水平仪包含一个透明的液体管，其中有一个气泡。这个气泡被设计得对微小的倾斜变化都非常敏感，当水平仪完全水平放置时，气泡会处于液体管的位置，因为气泡在重力的作用下会趋向于处于最低点，即水平位置。当水平仪的某一边被垫高和倾斜时，气泡就会偏向这一侧。因为气泡受到重力的影响，会沿着倾斜的方向移动，气泡偏向哪一侧，就说明那一侧相对于另一侧偏高，因为气泡总是趋向于处于最低点，所以当被推向一侧时，说明那一侧相对较高，导致气泡被“推”向高处。