中星仪中有一个仅可绕一轴旋转的望远镜，该轴在理想的情况下恰好是水平的。在轴的两端（通常是黄铜的）都装上短的钢圆柱体，即所谓支枢。支枢的圆截面尽量做得准确而且有一致的半径，其轴应在同一条直线上。支枢放在黄铜或青铜制成的直角凹口上，即所谓轴承。连接横放在轴承上的两个支枢的圆截面中心的直线就是中星仪的旋转轴。望远镜可以是直轴式的或折轴式的。天文台上用来测定天体赤经的仪器，是装有物镜直径12～20厘米和焦距1.5～2.5米的直轴式望远镜。但在天文台上或者在大地测量工作中用来测定时钟或时计改正的类似仪器，在尺寸上比较小些，而且大多数是装上折轴望远镜。

中星仪实物图

中星仪实物图

直轴望远镜不是装在支枢轴的中央，就是装在该轴的一端（此时在另一端上装配平衡锤）。折轴望远镜通常是这样装配的，望远镜的一半利用立方体而和水平轴相结合，在此立方体内安置反射恒星光线的直角三棱镜，光线经过上述望远镜的一半进入空心轴内，于是抵达轴端，最后在支枢外面构成星象。有时装物镜的短管部分利用立方体固定在轴端，在立方体内自三棱镜反射的光线经过整个轴抵达另一端产生星象。在望远镜的焦平面内放置着一个丝网，网内有两根或几根水平丝以及跟水平丝相垂直的奇数条竖直丝。这些水平丝必须平行于仪器的水平轴。

设想有一个平面，经过物镜的内主点和其焦平面的水平丝，然后再想象另有一个平面平行于上述的平面而通过物镜的外主点，那么根据物镜主点的特性不难看出后一个平面跟天球在大圈上相交，这个大圈经过仪器轴和天球相截交的两水平点；所以水平丝就相当于该大圈本身的上部分。

在折轴望远镜内跟直轴望远镜的水平丝相当的细丝是与垂直于轴的望远镜部分相平行；实际上当所瞄准的点处在水平面的时候它们才是水平的，因为任务相同，所以叫作水平丝。通过物镜内主点和中竖直丝中点的直线称为中星仪的视线，中竖丝的中点在两根相靠近的水平丝中间。

若水平轴是丝毫不差的水平而视线又垂直于此轴，则视线与天球的交点便处在天球的地平经圈上。中星仪的功用便是借助它根据时计或时钟来测定各个天体经过这个地平经圈的时刻。

有耳目法、自记或接触测微计法和光电记录法等。

测定天体经过子午圈的瞬间并且就在那个时候用以测定时钟改正或者测定赤经；观测恒星经过北极星地平经圈的方法决定时钟改正；观测恒星经过卯酉圈的方法测定纬度；测定地面目标的方位角。激光测卫等新技术已承担了测定世界时的任务，但用于检测铅垂线变化，中星仪的作用仍无可替代。