赤道式日晷的原理主要利用了太陽的運動和地球自轉軸的關係。
赤道式日晷主要由晷針和晷面組成，晷針垂直穿過圓盤中心，起著圭表中立竿的作用，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。日晷面的設計使得其與地球的赤道平行，晷針與地球自轉軸平行。這樣的設計使得太陽光能夠準確地投射在晷面上，形成清晰的影子。
由於地球自轉，太陽的位置不斷變化，導致晷針的影子在晷面上從西向東移動。晷面的刻度通常是等分的，每個刻度代表一定的時間，通過觀察影子的位置，就可以確定當前的時間。此外，赤道式日晷的特殊之處在於，其圓周刻度是12等分的，刻度將一天的時間也是12等分了，這是其他形式的日晷難以做到的。