六分仪的主体是一个扇形框架，扇形的弧度是60度，也就是圆周的1/6。六分仪的主要部件由一块固定的半反射玻璃（地平镜）、一块可活动的镜子（指标镜）、望远镜，以及活动臂组成，它可以精确测定天体与地平线之间的夹角，从而推算出地理坐标。
先用六分仪测量出某天体（一般用太阳）上中天时的地平高度，再查阅天文年历了解当天该天体的赤道坐标，只需代入公式：
cos z = sin φ sin δ + cos φ cos δ cos t
就可以得出该地的纬度φ。式中z是天体天顶距（90度减去地平高度），δ是天体的赤纬，t是时角，可以由地方恒星时与天体赤经相减得出，恒星时也可以通过简单计算得到。如果是由太阳位置计算地理纬度，更简便的算法是：
当然，更精确的结果还需要扣除六分仪视差、蒙气差、眼高差、天体的半径差等误差后才能得出。
