図1に示すように、レベル(level。スタッフともいいます)を用いて行います。レベルは、望遠鏡の視準線を水平にし、この水平視準線により、2点間に鉛直に立てられた標尺の目盛を正確に読み取る器械です。標尺は棒状の尺で、精度を要する水準測量では、インバール製で全長が3m程度のものが用いられ、0.01mmまで読み取ることができます。一般の水準測量で使われるのは、アルミ製の引き抜き式の尺(箱尺)で3~5m程度、5mm間隔の目盛が付けられ、最小読み取り値は1mmです。近年デジタル画像処理技術を利用した電子式レベルも普及してきました。デジタルレベルと呼ばれる器械で、バーコードに似たパターンが刻まれた専用の標尺を用いることにより、自動的に目盛りを読み取ることができます。代表的な間接水準測量の方法としては、図2に示すように、トータルステーションなどで2点間の鉛直角と水平距離または斜距離を測定し、三角法により高低差を求める三角水準測量がありますが、直接水準測量より測定精度がかなり低くなります。水準測量を行うことができない渡海水準測量や渡河水準測量などで行われています。近年、GPS、GLONASS等の衛星測位システムが充実し、国土地理院より高精度のジオイド・モデルが提供されるようになったことにより、GNSS測量機を用いるスタティック法で高精度に水準測量が行えるようになりました。これはGNSS水準測量と呼ばれています。水準測量とは、地上の2点間の高低差や任意の地点の標高を求める測量のことです。任意の点の標高を求めるには、2点間の高低差のほかに、標高の定められている基準点(これを水準点といいます)が必要です。水準測量は、大きく、2点間の高低差を直接求める直接水準測量と、2点間の高低差を直接測定するのではなく、角と距離あるいは気圧などを測定してそれより高低差を求める間接水準測量に分けることができます。水準測量と言った場合は、直接水準測量を指すのが一般的です。