倾斜仪是一种而且至今仍然是研究固体潮与
地震前兆观测的地形变基本仪器。以负荷加载的方式对倾斜仪的干扰是非线性的。
地壳形变通常依赖高精度倾斜仪去观测。高精度倾斜仪在地下不同深度和不同地点的观测实验表明，气象层会引起地壳形变并导致倾斜，长周期性的倾斜分量往往与当地水文干扰有关；而非周期性的倾斜分量被认为是地壳的
非弹性形变。对于长臂激光干涉引力波天线而言，地面的倾斜振动对引力波天线的检验质量产生不良影响，需要对地面倾斜震动噪声加以隔离，一种可行的办法就是同步监测地面的倾斜运动，然后对隔振系统的支撑框架进行倾斜伺服控制，在这种方法中最为关键的是研制高精度的倾斜仪。
1914年，Michelson和Gale将长150米，直径15厘米的两根水管埋1.8米深，这两根管子大约一半盛水，并摆在子午圈和卯酉圈方向上。制作者用光学干涉法测量水管两端水平面的相对位移量变化，以此测量潮高。后来，这种长水管水平测定方法应用在
大地水准测量中。1973年，Bowern制成了长度为50米的水管倾斜仪用于固体潮观测。
它的优点是长基线水管倾斜仪使两端水位测量的精确度要求较低，容易实现，并采用差分测量，降低共模干扰的影响，系统稳定性好，受环境干扰小，所以广泛应用到地球动力学、大地倾斜、固体潮观测、断层形变等观测中；缺点是水管倾斜仪由于其基线仍较长，使水流动的阻尼增大，自振周期较大，频带较窄，仅能测量较大范围地倾斜运动的平均效应，而对特定点的倾斜运动观测无能为力。另外，水管倾斜仪中容器渗漏、液体腐化和水管两端的温度差异等都是造成测量误差的主要来源。
具有摆动轴的摆有两种安装方法：摆轴水平安装，垂直面内摆动称为垂直摆；摆轴垂直安装，水平面内摆动称为水平摆。水平摆倾斜仪最早可追溯到1830年Hengler发明的一种双丝悬挂系统的水平摆。之后Zollner对双丝悬挂系统进行了改进，使得Zollner摆既可用于地震，又可用于由地面变化引起的缓慢运动的地倾斜测量。
水平摆具有机械放大作用，增益随摆轴偏离垂线的角度i有关，当i=0时，其灵敏度为∞，因此摆系不能稳定。实用上取折中，使其在一定稳定范围内有足够的增益。使用水平摆可以使摆的自振周期增大，使推动摆转动所需要的力矩减小，这样既能够测量微小的倾变量，又不使仪器过于庞大，满足现实需求。
垂直摆倾斜仪运用摆的铅垂原理，由吊丝、摆杆、重块三部分组成。垂直摆在没有振动的条件下处于铅垂状态，当发生倾斜变化时，摆平衡位置发生变化，摆和支架之间的相对位置发生变化，
电容式位移传感器的定片与主体支架固连，从而和动片之间的间距也相应的发生变化，通过传感器将摆的微小信号转换成电信号并加以放大。由于地倾斜的相对变化量很小，摆的相对偏移量也很小，因此必须有一个高精度的测微系统，测量摆的位置变化。
1968 年，Hansen 设计了一种气泡倾斜仪，它使用一个机械反馈
系统控制水平气泡，使之始终保持在原始的平衡位置。气泡被限制在一个 7.5cm的光学平面上，位于气泡室基座上的电极检测气泡的位置。气泡的运动会使相敏检测电路产生一个电压信号，此电压再通过功放给推动马达的一对永久磁铁螺线管提供驱动电流，马达就施加一个力矩给中间支撑气泡的铍青铜棒，使之发生弯曲，从而让气泡返回零位置。因此驱动电流反映了引起气泡运动的地倾斜信号，即为气泡倾斜仪的输出信号。