日晷是一種古代的計時工具，其原理是利用太陽的投影方向來測定並劃分時刻。具體來說，日晷通常由銅製的指針（稱為晷針）和石制的圓盤（稱為晷面）組成，晷針垂直地穿過圓盤中心，起到圭表中立竿的作用。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。當太陽光照在晷面上時，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在太陽相反的方位移動。於是，移動著的晷針影子好像是現代鐘錶的指針，晷面則是鐘錶的表面，以此來顯示時刻。
日晷的晷面正反兩面刻劃出有12個大格，每個格內標有子、醜、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二時辰，每個時辰又等分為「時初」、「時正」，一個時辰代表兩個小時，這正是一日24小時。因此，日晷不但能顯示一天之內的時刻，還能顯示節氣和月份。
然而，日晷的缺點也是顯而易見的，比如笨重而且看不到陽光的時候不能用，比如陰天和晚上。此外，由於地球自轉和公轉的影響，不同緯度的地區的日晷形態會有差異。例如，我國不同緯度的日晷形態會有差異。因為晷針上端要指向北極星(即正北方向)，地球上不同緯度的地方看北極星的仰角是不同的，這個規律就是北極星與地面的交角即為當地的緯度數。所以擺放於北京的日晷，其晷針與地面的交角為40度(因為北京地處40°N);到了海口，其晷針與地面的交角為20度(因為海口地處20°N)。