圭表由一根標竿加一個土圭組成。圭身長條形，初用土制，後改用玉制、石制，圭身平面中線刻有長槽，用以注水。圭身橫躺著，標杆直立著，構成直角，讓日影正好落在圭板上，圭板上有刻度，用來標示日影的長度。使用時，在圭槽中注上水，以保證圭板放置的絕對水準。一天之中，日影最短時為正午，正午時日影所在的方向為正北，反向為正南；南北連線直角交叉線則指向正東與正西，以此定出了四面、八方——中國人由此明確了“空間”的概念。
《周禮》中的《地官·大司徒》篇說，“(前人)以土圭之法測土深，正日影，以求地中”，就是指這個說的。因為不同季節、不同地點、不同時刻日影的長度不同，日光投影的刻度不同，通過長期的觀測記錄，比較研究，就可以獲得不同時空節令的相關資料。
中原大地太遼闊了，伏羲及其後繼者發現：在南北不同地點，正午時間測出的日影並不一樣長。在反復測量中發現，在某一個地方的正午時分，放置圭表觀看，標竿下“無日影”，這樣就把放置標杆的地點視為“地中”，而這個時間點被命名為“天中”，以“地中”為座標，可推演其他地點的“經緯度”。日影刻度記下了，據此可測定一晝夜十二時的起止點、推算出一日一百刻、一月三十天、一季三個月、一年十二個月的起止點；進而確定一年二十四節氣、七十二候、三百六十五天，以及十二年一周天，三十年一世、六十年一甲子的時間演變；由此衍生出天文、曆算、農事安排、動植生死的一系列知識來。它通過“測量”，測出了“天”“地”的運行規律，找到了時空轉換的法則。這是當時最精密的時空測算，且與農業生態息息相關。埃及金字塔、瑪雅祭天台對“天文”的精確測算，構建神奇，但那更多是服務於“神”的，比較而言，中國先民更加密切地關注社會民生。而且這種儀錶投入極低、技術簡樸直觀，易於普及。
“圭測日影”法是中華文明曙光初露時期的頭等科技發明。今河南汝陽縣有座“天中山”，其實是一個人造土山包，傳說那就是伏羲測定的“天中”所在地。今河南登封還有一座周公的“觀象臺”，經郭守敬整修過，至今保存完好，它便是一個巨型土圭的“升級版”。
時空概念的獲得，是中國先民進入文明生活最重要的科學知識。長年不間斷的日影測定，使先民不斷獲得生活環境的資料，讓先民學會了與周圍生態週期性的變化相適應、相關聯，從而形成了周而復始、天人合一的理念。由此看來，對於生活在北溫帶的中國先民來說，圭表的意義非常重大。