晷盤面與地平面（水平面）的傾斜角度為90°-Φ，（Φ是當地的地理緯度）。因為晷針與晷面垂直，所以晷針與地平面夾角就是當地的地理緯度Φ。晷面是平行于赤道的，整個日晷就是一個縮小版的地球，由地球自轉產生的太陽周日視運動表現為太陽繞晷針的圓周運動，一天中太陽光始終與晷針垂直作勻速繞轉。

不管太陽高度如何變化，晷針在晷面上的影子變化都是均勻的。因此，太陽在晷針上投下的影子轉動的角度就是均勻的，即每小時15°（與地球自轉速度，即太陽視運動速度一致）。這樣，晷針影子在表盤上所指示的刻度就能表示當地的真太陽時間。所以它的刻度盤跟現代鐘表盤一樣，刻度是均勻的。在晷面的正反兩面刻劃出12個大格，每個大格30度代表兩個小時。當太陽光照在日晷上時，晷針的影子就會投向晷面，太陽由東向西移動，投向晷面的晷針影子也慢慢地由西向東移動。

于是，移動著的晷針影子好像是現代鐘表的指針，晷面則是鐘表的表面，以此來顯示時刻。從春分到秋分的半年時間用北盤面（朝上的一面）記時，左東右西，日影呈順時針移動；從秋分到次年春分，則用南盤面（朝下的一面）記時，左西右東，日影呈逆時針移動。而春分和秋分日前后幾天，太陽光和晷面平行，難以從晷面上讀數，日晷無法使用。

地球繞太陽的軌道是橢圓形，因此地球在一月初經過公轉軌道的近日點，公轉速度較快，真太陽日就會短一些。七月初經過公轉軌道的遠日點，公轉速度較慢，真太陽日就會長一些。因此日晷時需要使用修正值曲線（或表格）進行修正才消除真太陽時和平太陽時的時間差，獲得平太陽時的值。