航海用六分儀在扇形框架背面有手柄供握持用，框架上裝有活動(dòng)臂，圖中活動(dòng)臂上端即是指標(biāo)鏡；半反射式地平鏡安裝在六分儀的左側(cè)（中部，正對(duì)望遠(yuǎn)鏡者），地平鏡旁邊還配有濾光片供測量太陽等明亮天體時(shí)使用。測量天體地平高度時(shí)，觀測者手持六分儀，讓望遠(yuǎn)鏡鏡筒保持水平，并從望遠(yuǎn)鏡中觀察被測天體經(jīng)地平鏡反射所成的像；同時(shí)要調(diào)節(jié)活動(dòng)臂，使星象落在望遠(yuǎn)鏡中所見的地平線上。這也是地平鏡需要用半反射玻璃制造的原因。

在天體的象與地平線重合時(shí)，該天體高度等于地平鏡與指標(biāo)鏡夾角的二倍。通過幾何光學(xué)中的反射定律，這一點(diǎn)可以很容易地被證明。而根據(jù)這一點(diǎn)來恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)圓弧標(biāo)尺上的刻度，就可以讓觀測者直接讀出天體高度。為提高讀數(shù)精度，實(shí)際的六分儀活動(dòng)臂上往往還附有鼓輪和游標(biāo)尺。六分儀的精度比較高， 能達(dá)到10角秒，且輕便易用，所以它能夠迅速取代之前操作復(fù)雜的星盤，成為在海洋上測量地理坐標(biāo)的利器，也徹底解決了地確定海上航線這一困擾無數(shù)航海家的難題。1769年，庫克船長就是在六分儀的幫助下成功抵達(dá)塔希提島觀測金星凌日的。

使用六分儀測量經(jīng)緯度的前提條件是當(dāng)前時(shí)間已知。先用六分儀測量出某天體（一般用太陽）上中天時(shí)的地平高度，再查閱天文年歷了解當(dāng)天該天體的赤道坐標(biāo)，只需代入公式：cos z = sin φ sin δ cos φ cos δ cos t 就可以得出該地的緯度φ。式中z是天體天頂距（90度減去地平高度），δ是天體的赤緯，t是時(shí)角，可以由地方恒星時(shí)與天體赤經(jīng)相減得出，恒星時(shí)也可以通過簡單計(jì)算得到。如果是由太陽位置計(jì)算地理緯度，更簡便的算法是：δ = z δ 當(dāng)然，更的結(jié)果還需要扣除六分儀視差、蒙氣差、眼高差、天體的半徑差等誤差后才能得出。現(xiàn)在某些因子已有專門的改正表可供查閱。至于經(jīng)度的測量，可以通過比較太陽上中天時(shí)地方時(shí)（由查閱天文年歷得出）與出發(fā)地的時(shí)間之差得出。

六分儀大的缺點(diǎn)是受天氣的影響較大，不能在陰雨天使用。而制造過程中會(huì)無可避免地引入機(jī)械誤差，這也成了限制六分儀精度的一個(gè)因素。歷史上，六分儀除了在航海方面發(fā)揮了重大作用外，還曾幫助天文學(xué)家編制高精度星表。而星表的編制也促進(jìn)了航海的發(fā)展，同時(shí)還給地理坐標(biāo)的測量帶來了重大進(jìn)步。另外還有航空用六分儀，結(jié)構(gòu)與航海用六分儀基本相同，但望遠(yuǎn)鏡視野中的地平線由水準(zhǔn)線代替。