遊標卡尺的原理基於游標和主尺之間的相對移動和刻度對齊。
遊標卡尺主要由一個固定的主尺和一個可以在主尺上滑動的游標組成，主尺和游標上都刻有等分的刻度，游標通常通過螺紋裝置或槓桿機構與主尺相連，使得游標可以在主尺上移動。當進行測量時，可以調整游標的位置，使其與被測物體接觸，此時，通過讀取兩個尺子上刻度線的對齊情況，可以確定被測物體的尺寸。
具體來說，以十分度的遊標卡尺為例，游標上的刻度線與主尺上的刻度線每對都會錯開0.1毫米，當游標移動到某個位置時，它的某一條刻度線會與主尺上的某條刻度線對齊。這樣，通過觀察游標上哪一條刻度線與主尺上的刻度線對齊，就可以確定兩個刻度線之間的微小距離差，從而得到被測物體的精確尺寸。
此外，遊標卡尺的精度取決於游標和主尺上刻度線的間隔差，例如，如果間隔差為0.1毫米，則最小讀數值為0.1毫米；若間隔差為0.05毫米或0.02毫米，則最小讀數值相應為0.05毫米或0.02毫米。