日晷的工作原理主要是利用太陽的位置變化和影子方向的變化規律來測定時間。日晷通常由銅製的晷針（表）和石制的晷面（帶刻度的表座）組成，晷針垂直地穿過晷面中心，晷面安放在石台上，呈南高北低，使晷面平行於天赤道面，這樣，晷針的上端正好指向北天極，下端正好指向南天極。
在一天中，太陽東升西落，照射在晷針上的影子會隨著太陽的位置移動。影子的移動方向和長度會隨著時間而改變，例如，早晨影子最長且在西方，隨著時間的推移影子逐漸變短並向東移動，到了中午影子最短且在北方，然後影子又重新變長。通過觀察影子的位置，人們可以確定當前的時間。日晷的刻度通常是根據當地緯度來設計的，以便準確地顯示時間。
日晷是一種重要的古代計時工具，它的缺點是依賴於日照，陰天和晚上無法使用。