全站儀幾乎可以用在所有的測量領域。全站儀由電源部分、測角系統、測距系統、數據處理部分、通訊接口、及顯示屏、鍵盤等組成。
同電子經緯儀、光學經緯儀相比，全站儀增加了許多特殊部件，因此而使得全站儀具有比其它測角、測距儀器更多的功能，使用也更方便。這些特殊部件構成了全站儀在結構方面獨樹一幟的特點。

1．同軸望遠鏡
全站儀的望遠鏡實現了視準軸、測距光波的發射、接收光軸同軸化。同軸化的基本原理是：在望遠物鏡與調焦透鏡間設置分光棱鏡系統，通過該系統實現望遠鏡的多功能，即既可瞄準目標，使之成像于十字絲分劃板，進行角度測量。同時其測距部分的外光路系統又能使測距部分的光敏二極管發射的調制紅外光在經物鏡射向反光棱鏡后，經同一路徑反射回來，再經分光棱鏡作用使回光被光電二極管接收；為測距需要在儀器內部另設一內光路系統，通過分光棱鏡系統中的光導纖維將由光敏二極管發射的調制紅外光傳也送給光電二極管接收 ，進行而由內、外光路調制光的相位差間接計算光的傳播時間，計算實測距離。
同軸性使得望遠鏡一次瞄準即可實現同時測定水平角、垂直角和斜距等全部基本測量要素的測定功能。加之全站儀強大、便捷的數據處理功能，使全站儀使用極其方便。

2．雙軸自動補償
在儀器的檢驗校正中已介紹了雙軸自動補償原理，作業時若全站儀縱軸傾斜，會引起角度觀測的誤差，盤左、盤右觀測值取中不能使之抵消。而全站儀特有的雙軸（或單軸）傾斜自動補償系統，可對縱軸的傾斜進行監測，并在度盤讀數中對因縱軸傾斜造成的測角誤差自動加以改正，也可通過將由豎軸傾斜引起的角度誤差，由微處理器自動按豎軸傾斜改正計算式計算，并加入度盤讀數中加以改正，使度盤顯示讀數為正確值，即所謂縱軸傾斜自動補償。
雙軸自動補償的所采用的構造:使用一水泡（該水泡不是從外部可以看到的，與檢驗校正中所描述的不是一個水泡）來標定絕對水平面，該水泡是中間填充液體，兩端是氣體。在水泡的上部兩側各放置一發光二極管，而在水泡的下部兩側各放置一光電管，用一接收發光二極管透過水泡發出的光。而后，通過運算電路比較兩二極管獲得的光的強度。當在初始位置，即絕對水平時，將運算值置零。當作業中全站儀器傾斜時，運算電路實時計算出光強的差值，從而換算成傾斜的位移，將此信息傳達給控制系統，以決定自動補償的值。自動補償的方式初由微處理器計算后修正輸出外，還有一種方式即通過步進馬達驅動微型絲桿，把此軸方向上的偏移進行補正，從而使軸時刻保證絕對水平。

3．鍵盤
鍵盤是全站儀在測量時輸入操作指令或數據的硬件，全站型儀器的鍵盤和顯示屏均為雙面式，便于正、倒鏡作業時操作。

4．存儲器
全站儀存儲器的作用是將實時采集的測量數據存儲起來，再根據需要傳送到其它設備如計算機等中，供進一步的處理或利用，全站儀的存儲器有內存儲器和存儲卡兩種。
全站儀內存儲器相當于計算機的內存(RAM)，存儲卡是一種外存儲媒體，又稱PC卡，作用相當于計算機的磁盤。

5．通訊接口
全站儀可以通過BS—232C通訊接口和通訊電纜將內存中存儲的數據輸入計算機，或將計算機中的數據和信息經通訊電纜傳輸給全站儀，實現雙向信息傳輸。