Le théodolite est composé de lunettes de visée avec réticule et de cercles gradués (ou limbes). La partie inférieure du théodolite (ou embase) est fixée sur un trépied et porte une partie mobile, l'alidade, qui peut tourner autour d'un axe qu'on rend vertical à l'aide d'une nivelle. L'alidade, qui est une construction en forme de fourche, porte la lunette mobile autour d'un axe horizontal. Cette disposition permet de pointer la lunette dans toutes les directions et, grâce à un microscope, de lire sur les cercles gradués les angles horizontaux et verticaux correspondant à la visée. Ce théodolithe est dit "répétiteur", car la lunette inférieure, calée sur la référence, permet de répartir plusieurs mesures d'un même angle sur le cercle horizontal.