应用水准仪及标尺，直接测定两点间之高程差，称为直接水准测量。若两点间距离过远，或高程差太大，不能置水准仪于中间，一次测定其高程差，必须于此两点间设置若干转点，次测量各转点间之高程差，以推求终点之高程，故亦称差水准测量。
如附图所示，设BMA为已知高程之水准点，欲求BMB新水准点之高程。整置水准仪于C1，对BMA之标尺行后视，得b1，对转点T1行前视，得f1，则二点之高程差为；h1＝b1－f1。
移水准仪于C2、C3……Cn，同法继续进行，以达B点，于是A、B两点之高程差H为：
H＝(b1－f1)＋(b2－f2)＋……＋(bn－fn)
＝
设A点之高程为HA，B点之高程为HB，则：
HB＝HA＋H＝HA＋
直接水准测量之精度远较间接高程测量为高，平坦地区，或精度要求较高之高程测量常用之，在工程建设方间应用尤多。