此儀器利用近代電子工程學原理由傳感器識別條形碼水準尺上的條形碼分畫，經信息轉換處理獲得觀測值，并以數字形式顯示在顯示窗口上或存儲在處理器內。儀器的結構如圖1所示，儀器帶自動安平補償器，補償范圍為±12'。與儀器配套的水準尺為條紋編碼尺——玻璃纖維塑料或鋼尺。水準標尺為雙面分畫三段折接式，每段長度為1.35m，標尺總長為4.05m，其分畫形式為條紋碼和厘米分畫。條紋碼分畫供電子水準儀觀測時電子掃描用，標尺另一面的厘米分畫可供光學水準儀觀測時使用。
觀測時，經自動調焦和自動整平后，水準尺條紋碼分畫影像映射到分光鏡上，并將它分為兩部分，一部分是可見光，通過十字絲和目鏡，供照準用；另一部分是紅外光射向探測器，并將望遠鏡接收到的光圖像信息轉換成電影像信號，并傳輸給信息處理器，與機內原有的關于水準尺的條紋碼本源信息進行相關處理，于是就得出水準尺上水平視線處的讀數。
使用電子水準儀測量既方便又準確，實現了水準測量自動化。近幾年來徠卡公司又推出了更精密的數字水準儀NA3000，其觀測精度更高。圖2是NA2002、NA3003的測量原理示意圖。
