اساس کار ساعت های آفتابی، گردش زمین به دور خورشید و در نتیجه حرکت ظاهری خورشید در آسمان طی روز است. در محاسبات بیشتر ساعت های آفتابی از تغییر زاویه ساعتی برای پیدا کردن خطوط ساعت استفاده می کنیم. شکل و محاسبات برخی ساعت های آفتابی بسیار پیچیده است اما شناخت ساعت های آفتابی جهتی کلاسیک، کار مشکلی نیست. انواع مختلف ساعت های آفتابی وجود دارد که در ادامه به معرفی آنها می پردازیم:
- ساعت های آفتابی افقی:
این ساعت ها را معمولا در راستای شمال- جنوب قرار می دهند بنابراین ساعت مستقیم هستند. صفحه ساعت های افقی موازی افق است و چون در راستای شمال- جنوب هستند و حرکت خورشید در نیمه شرقی و غربی آسمان نسبت به جنوب متقارن است، صفحه این ساعت ها هم متقارن است. معمولا این ساعتها را روی پایه های متنوعی نصب می کنند یا آنها را روی زمین در میدان ها و پارک ها با اندازه بزرگ می سازند. معمولا شاخص این ساعت ها طوری نصب می شوند که لبه شاخص رو به ستاره قطبی باشد. محاسبه خطوط صفحه این ساعت مشکل نیست و خطوط برای هر عرض جغرافیایی خاص ترسیم می شوند. مثلا ساعتی که برای عرض جغرافیایی ۲۰ درجه ساخته شده است، در عرض جغرافیایی ۴۵ درجه قابل استفاده نیست.
- ساعت های آفتابی عمودی:
صفحه این ساعت ها عمود بر افق است و معمولا روی دیوارها و ستون ها نصب می شوند. اگر صفحه ساعت رو  به شمال یا جنوب باشد، صفحه ای با خطوط متقارن دارد. شاخص این ساعت ها هم رو به ستاره قطبی، یعنی در راستای گردش زمین به دور خودش نصب می شود. بنابراین اگر صفحه ساعت رو به جنوب باشد، صفحه ساعت، زاویه ای برابر متمم عرض جغرافیایی می سازد.
- ساعت های آفتابی مایل:
همان گونه که از نام این ساعت ها پیداست صفحه این ساعت ها با صفحه افق زاویه بین صفر تا ۹۰ درجه می سازند. ساعت های مایل هم یا مستقیم ( رو به جهت خاص جغرافیایی ) یا غیرمستقیم هستند. ساعت های مایل مستقیم معمولا رو به جنوب قرار می گیرند. زاویه صفحه ساعت های مایل ممکن است زاویه خاصی نباشد، همچنین ساعت های مایل مستقیم غیرمشخص هستند اما ساعت های مایل رو به جنوب دو نوع خاص دارند: نوع استوایی و نوع قطبی. صفحه ساعت قطبی موازی محور زمین است بنابراین با سطح افق زاویه ای برابر با عرض جغرافیایی محل می سازد. چون شاخص هم در راستای محور زمین است، شاخص این ساعت ها، تیغه ای است که لبه آن موازی صفحه ساعت است و خطوط این ساعت خطوط موازی با شاخص هستند. صفحه ساعت های استوایی موازی استوای زمین و در امتداد استوای آسمان است. ساعت های استوایی تنها ساعت های آفتابی اند که طراحی آنها به محاسبه نیاز ندارد.