一般に、太陽の影を利用する。基本的には、針状や棒状のもの（指時針）の影の位置で時刻を読み取る。針や棒の代わりに、三角形の「一辺」を一種の針や棒に見立てて、三角形の影の「境目」、つまり影と影でない部分の境界を読み取るものもある（人が触れられる位置に設置されるものではこれが最も一般的であり、日本ではこのタイプが一番普及している）。針や棒の影の先端の一点の位置で時刻を読み取る精密なタイプもある。
指時針の方向に着目しておおまかに分類すると、地軸（地球の自転の軸）と平行になっているタイプと、地面に対して垂直に立っているものに分類することもできる。前者が一般的であり、後者はやや例外的であり特に「柱型日時計」などと呼ばれる。
指時針が地軸（地球の自転軸）と平行のものは、北半球に設置する場合は、指時針の延長上が天の北極を指すように設置する。南半球に設置する場合は、天の南極を指すように設置する。文字盤は平板なものと凹面状のものがある。平板なものは、水平（地面と平行）のもの「水平式」、垂直のもの「垂直式」、指時針と垂直のもの「コマ型」がある。凹面状のものは「赤道式」と呼ばれ、時刻線が均等に引かれるという利点がある。
日時計は、北半球用と南半球用では文字盤の時刻の数字のふりかたが逆回転（対称的）である。
また赤道付近、厳密に言うと「南北の回帰線の間の地帯」で使われる日時計には、独特の困難が伴う。季節によって、太陽が天頂よりも南側を通過したり、反対に天頂よりも北側を通過したりするからである。
中世に機械時計が発明されても、日時計は使われ続けた。機械式の時計は最初は誤差が大きかったので、正午などに機械式時計の時刻を補正するために必要だったのである。日時計の使用頻度が減ったのは、あくまで機械式時計の精度が十分に上がり、かつ、それが十分に安価になり普及してからのことである。
現代では庭園や建造物の装飾として設置されることが多い。
日時計の種類.
文字盤の角度や全体形状による分類.
水平式日時計.
小型のものは台の上に設置すると見やすくなる。庭園の地面に大型のものを設置する場合「庭日時計」と呼ばれる。また文字盤をガラス板などで作り、高い地点に設置することにより、下方から見上げるよう設計する方法もある。
垂直式日時計.
コマ型日時計.
赤道式日時計.