晷盘面与地平面（水平面）的傾斜角度为90°-Φ，（Φ是当地的地理纬度）。因为晷针与晷面垂直，所以晷针与地平面夹角就是当地的地理纬度Φ。晷面是平行于赤道的，整个日晷就是一个缩小版的地球，由地球自转产生的太阳周日视运动表现为太阳绕晷针的圆周运动，一天中太阳光始终与晷针垂直作匀速绕转。
不管太阳高度如何变化，晷针在晷面上的影子变化都是均匀的。因此，太阳在晷针上投下的影子转动的角度就是均匀的，即每小时15°（与地球自转速度，即太阳视运动速度一致）。这样，晷针影子在表盘上所指示的刻度就能表示当地的真太阳时间。所以它的刻度盘跟现代钟表盘一样，刻度是均匀的。在晷面的正反两面刻划出12个大格，每个大格30度代表两个小时。当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷面，太阳由东向西移动，投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。
于是，移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针，晷面则是钟表的表面，以此来显示时刻。从春分到秋分的半年时间用北盘面（朝上的一面）记时，左东右西，日影呈顺时针移动；从秋分到次年春分，则用南盘面（朝下的一面）记时，左西右东，日影呈逆时针移动。而春分和秋分日前后几天，太阳光和晷面平行，难以从晷面上读数，日晷无法使用。
地球绕太阳的轨道是椭圆形，因此地球在一月初经过公转轨道的近日点，公转速度较快，真太阳日就会短一些。七月初经过公转轨道的远日点，公转速度较慢，真太阳日就会长一些。因此日晷时需要使用修正值曲线（或表格）进行修正才消除真太阳时和平太阳时的时间差，获得平太阳时的值。
