水平日晷的原理是利用太陽的投影方向來測定並劃分時刻。
日晷主要由晷針（表）和晷面（帶刻度的表座）組成。晷針垂直地穿過圓盤中心，起著圭表中立竿的作用，因此，晷針又叫「表」。石制的圓盤叫做「晷面」，安放在石台上，呈南高北低，使晷面平行於天赤道面，這樣，晷針的上端正好指向北天極，下端正好指向南天極。
一天中，被太陽照射到的物體投下的影子在不斷改變，早晨的影子最長，隨著時間的推移，影子逐漸變短，一過中午它又重新變長；影子的方向也在改變，因為我們在北半球，早晨的影子在西方，中午的影子在北方，傍晚的影子在東方。從原理上來說，根據影子的長度或方向都可以計時，但根據影子的方向來計時更方便一些。