اصل کار ساعت آفتابی بسیار ساده است. عقربه یا عقربه ساعت آفتابی ساخته شده از چوب یا نوار چوبی، در طرف مقابل خورشید سایه می اندازد.
چرخش 15 درجه ای زمین (یا خورشید، همانطور که قبلاً تصور می شد) معادل 1 ساعت است. بنابراین اگر مقیاسی را در اطراف gnomon ترسیم کنیم، اندازه گیری نسبتاً دقیقی از زمان به دست می آوریم.
یک مانع فنی کوچک وجود دارد که محور زمین بسته به فصل، زاویه خود را نسبت به خورشید تغییر می دهد. برای رفع خطای ناشی از این پدیده باید گنومون را موازی با محور زمین قرار داد.
جالب اینجاست که این تنها در قرن چهاردهم کشف شد و تنها پس از آن می شد بدون توجه به فصل در مورد ساعات مساوی صحبت کرد.
در گذشته زمانی که یک روز کوتاه می شد، یک واحد زمان کوتاه می شد. بسته به موقعیت صفحه نسبت به گنمون، ساعت های آفتابی به صورت افقی، عمودی، استوایی و قطبی ساعتهای آفتابی تا اواخر قرون وسطی مورد استفاده قرار می‌گرفتند و پس از آن به تدریج ساعتهای مکانیکی قوی‌تر جایگزین شدند.
عیب اصلی ساعت دیواری خاتم کاری و ساعتهای آفتابی وابستگی آنها به شرایط آب و هوایی، نامناسب بودن آنها برای استفاده در فضای داخلی و بی فایده بودن کامل آنها پس از تاریکی است.
در حدود 1500 قبل از میلاد، رومی ها به اصطلاح استفاده می کردند ساعت های آبی اصل این بود که دو رگ را در ارتفاعات مختلف قرار دهیم و اجازه دهیم مایع آزادانه بین آنها جریان یابد (از بالا به پایین توسط گرانش).
کالیبراسیون مناسب دستگاه تنها دقت متوسط اندازه گیری زمان را تضمین می کند و دلیل آن وابستگی جریان آب به فشار است که به مقدار آب در ظرف بالایی بستگی دارد.
با گذشت زمان، مقدار آب در ظرف بالایی کاهش می یابد و فشار و در نتیجه جریان آب کاهش می یابد. بنابراین، زمان به نوعی “آهسته” می شود. یکی دیگر از معایب چنین ساعتی نیاز به اضافه کردن مداوم آب به ظرف بالایی بود.
