Les fonctions principales d'un théodolite sont la mesure d'angle et le positionnement spatial, ce qui en fait un outil indispensable dans les levés de base et les levés techniques.
Il peut mesurer des angles horizontaux et verticaux. En visant un point cible à travers le télescope, la rotation horizontale mesure l'angle horizontal et la rotation verticale mesure l'angle d'élévation, obtenant ainsi les informations directionnelles de la cible dans l'espace. Il s’agit de la fonction de mesure la plus élémentaire d’un théodolite.
Il peut aider à déterminer les coordonnées planes et l’élévation des points. En utilisant les coordonnées de points de base ou de points de contrôle connus, combinées aux résultats de mesure d'angle, et grâce aux principes de nivellement trigonométrique ou de calcul de coordonnées planes, l'emplacement précis d'un point cible peut être déterminé, permettant ainsi l'arpentage et l'implantation, le positionnement des bâtiments ou la cartographie topographique.
Les théodolites électroniques ou stations totales modernes disposent également de fonctions d'enregistrement de données, d'affichage numérique et de calcul. Ils peuvent stocker automatiquement les données d'angle, produire des résultats de coordonnées et prendre en charge la connexion avec des ordinateurs ou des logiciels d'arpentage, améliorant ainsi l'efficacité des mesures et la précision du traitement des données.
