Máy thủy bình được định nghĩa là thiết bị dùng để đo chênh cao, từ số đọc trên mia chúng ta có thể tính toán được khoảng cách chênh cao giữa các điểm đo.

Máy thủy bình có cấu tạo gồm hai bộ phận chính: bộ phận ngắm và bộ phận cân bằng máy. Trong đó, bộ phận ngắm gồm có ống kính, thị kính, vật kính và ốc điều quang. Bộ phận cân bằng máy là bộ phận đặc trưng cho các loại máy thủy bình quang học. Ngoài ba ốc cân bằng và ống thăng bằng tròn thì máy còn có ống thăng bằng dài, có thể có vít nghiêng; hoặc không có ống thăng bằng dài mà thay vào đó là bộ phận tự chỉnh tiêu ngắm nằm ngang, có thể là gương treo, lăng kính treo và thấu kính treo. Bên cạnh ống kính có một hệ thống quang học được lắp đặt để đưa bọt thủy vào chính giữa một cách thuận tiện nhất.

Bên cạnh các loại máy thủy bình thông thường, máy thủy bình tự động cùng bộ phận tự cân bằng đường ngắm được chế tạo với mục đích làm giảm đi thời gian cân bằng máy cũng như nâng cao năng suất của máy.

Một bộ phận không thể thiếu đó là Mia đo cao. Đây là một loại thước được sử dụng  để đo cao hình học. Một chiếc Mia dài khoảng 2 – 5m và được phân loại theo từng loại máy sử dụng.