日晷的製作原理是利用太陽的位置變化和影子方向的變化規律來測定時間。它主要由兩部分組成：晷針（表）和晷面（帶刻度的表座）。晷針垂直地穿過晷面中心，起到圭表中立竿的作用，而晷面通常由石制材料製成，並安放在石台上，使得晷面平行於天赤道面，這樣晷針的上端正好指向北天極，下端指向南天極。
太陽的東升西落導致照射在物體上的影子會隨著太陽的移動而移動。在日晷中，當太陽光照在日晷上時，晷針的影子就會投向晷面。太陽由東向西移動，投向晷面的晷針影子也慢慢地由西向東移動。晷面的正反兩面刻劃出12個大格，每個大格代表兩個小時，不同的時刻對應不同的影子位置。例如，午時即是指11:00～13:00。這種利用太陽光的投影來計時的方法是人類在天文計時領域的重大發明，被人類沿用達幾千年之久。