水平角是推算方位角和点位坐标的主要观测量，取值范围在0°～360°。A、O、B为地面上任意三点组成∠AOB，将A、O、B沿铅垂线方向投影到水平面上，得到相应的投影点A’、O’、B’，则∠A’O’B’即为地面A、O、B三点的水平角。水平角可通过全站仪的水平度盘测定。水平角的观测方法一般根据目标多少而定，常用的方法包括：测回法、方向观测法（全圆观测法）和全组合测角法。

水平角观测的误差包括度盘偏心误差、度盘刻划误差、水平度盘与竖轴不垂直误差、竖轴与照准部水准管不完全垂直误差、视准轴与横轴不垂直误差等仪器误差，仪器对中误差，照准误差与读数误差，还包括成像质量、旁折光等外界条件引起的误差。这些误差中，有的可用适当的观测方法来消除或减低其影响，有的误差本身很小，对测角精度的影响不大。