1、坐標測量
通過全站儀可以直接測得觀測點至觀測目標之間角度差值與距離，據此通過三角學的換算關系可以計算出觀測目標的坐標或觀測點相對于已知點的位置。這些經緯儀部分的觀測數據下載至計算機軟件程序后，可以自動生成目標地區測繪圖。
一些全站儀留有GPS系統的接口可供拓展，此兩者結合之后可以互通所長（GPS系統不需要觀測點與觀測對象之間的視線通暢以及兩個以上的已知點作為參考，而全站儀可以提供水平面測量的精度）。
2、角度測量
多數現代全站儀通過電子光學掃描鐫刻在鏡片上上的十字劃分版來測量角度。好的全站儀精度可以達到0.5秒，而普通的建筑用全站儀的精度介于5至10秒之間。
3、距離測量
全站儀的測距原理是以安裝在同軸望遠鏡的光敏二極管以一定光學路徑發出調制微波或紅外線信號，通過測量點的直角棱鏡被反射后通過相同的光學路徑返回并被分光棱鏡傳遞至傳感器以接受回饋，通過計算原始信號與反射信號的相位差來計算路程的遠近。
多數全站儀需要在測量點安置一多用途光棱鏡來實現信號反射，這種方式的測量距離通常較遠，可達數公里。但有些儀器可以通過被測物體的自身亮度來完成這一過程，但有效距離只有幾百米。EDM測距可以達到0.1mm的精度，但一般土地測量只取1mm的精度。
注意全站儀可以完全代替經緯儀的使用，但由于其高差測量是通過高度角與距離計算得出，精度較差，故只用于低等級測量，不能完全代替水準儀的使用。在精心布置儀器的情況下，全站儀的精度可達到四等水準測量的精度。
4、施工放樣
在已知兩個控制點進行定向的情況下，可以在全站儀的內部程序進行放樣操作，放樣即是得知某坐標在實際地面上的位置。
應用前景
隨著計算機技術的不斷發展與應用以及用戶的特殊要求與其它工業技術的應用，全站儀出現了一個新的發展時期，出現了帶內存、防水型、防爆型、電腦型等等的全站儀。
世界上最高精度的全站儀：測角精度（一測回方向標準偏差）0.5秒，測距精度 0.5mm+1ppm。利用ATR（Auto Targets Recognition，自動目標識別）功能，白天和黑夜（無需照明）都可以工作。
全站儀已經達到令人不可致信的角度和距離測量精度，既可人工操作也可自動操作，既可遠距離遙控運行也可在機載應用程序控制下使用，可使用在精密工程測量、變形監測、幾乎是無容許限差的機械引導控制等應用領域。
全站儀這一最常規的測量儀器將越來越滿足各項測繪工作的需求，發揮更大的作用。
