圭表的工作原理是通过太阳的投影和方位计时。圭表直立于平地上测日影的标杆和石柱，叫表；正南正北方向平放的测定表影长度的刻板，叫圭。当太阳照着表的时候，圭上出现表的影子，根据影子的方向和长度，就能读出时间。
早在公元前20世纪，陶寺遗址时期，我国中原地区已使用圭表测影法。到了汉时期，学者还采用圭表日影长度确定“二十四节气”，采用圭表测影法定出黄河流域的日短至（白昼最短）这天作为冬至日，以冬至日为“二十四节气”的起点，将冬至到下一个冬至之间的时间段分割为24段（每段15日），每两个节气之间的天数平均。古人把这种方法叫“平气法”（又称“平均时间法”）。先测出冬至日因为冬至时影子最长，其相邻几天的影长变化最为明显，更利于观测记录。
