Принцип работы оптических теодолитов при измерении углов заключается в следующем:

1. Перед работой теодолит закрепляется на специальный штатив. 2 С помощью круглого и цилиндрического уровня инструмент приводится в строго горизонтальное положение. 2
2. Принцип работы основан на наблюдении контрольных точек в зрительную трубу. 2 После наведения на точку в окуляре микроскопа фиксируются углы. 2
3. С помощью отсчётного микроскопа наблюдатель определяет параметры угла между несколькими вертикальными и горизонтальными точками объекта, ориентируясь по соответствующей отсчётной шкале. 1
4. Итоговые данные получаются в результате расчётов. 1

В некоторых моделях есть компенсатор. 1 При уклоне вертикального круга он исполняет роль противовеса, тем самым сохраняется точность измерений. 1