全站仪可以看作一台光电经纬仪和一台激光测距仪，加上内部电路和计算机系统将两者功能结合,通过由仪器测得的斜距，水平角和竖直角经过计算来实现对目标点的三维坐标测量。

例如，测量地面上某点的三维坐标是如下过程：

1.架设仪器在某一己知点上，该点必须能与被测点通视

2.建立测站：输入测站点的NEZ三维坐标值

3.对后视：输入后视方位角或输入后视点NE坐标由仪器自动计算出坐标方位角，该方位角是指测站点-后视点基线的坐标方位角。

操作望远镜照准后视点，点击ok，仪器则自动将其水平度盘在该方向的角度值设为坐标方位角值了，是为“配盘”。

以后你转动望远镜，望远镜的指向的水平度盘值就是该方向的坐标方位角。

4.测量目标棱镜：照准目标棱镜中心，按测量键，仪器开始测量仪器中心到目标棱镜的斜距，同时得到竖盘读数（注意，竖盘是不需要设置“配盘”的，因为仪器内置有垂直传感器，一般仪器里面可以设置竖盘水平方向为0或天顶为0，两种设置都不影响仪器输出仪器望远镜中心-目标的仰/俯角）。

根据测得的仰/俯角和斜距，通过三角函数即可解出目标到仪器的平距和高差。

平距，坐标方位角和测站点的NE坐标通过坐标正算即可解出目标点的NE坐标；测站点高程，仪高（仪器望远镜中心到测站点的高差），仪器望远镜中心到目标棱镜的高差，目标棱镜高（目标棱镜中心到地面目标点的高差）均为己知量，通过四则运算即可得到目标点的高程；

因此，目标点的NEZ坐标即可测得。全站仪其他的一切功能也都是基于这三个物理测量数据经过计算机辅助计算而实现的。