千分尺利用精密螺絲的原理。通過旋轉螺桿來夾緊被測量物體，同時將螺桿的旋轉角度換算成螺桿的移動量，來測量物體的尺寸。通常使用螺距為 0.5 毫米的螺釘，旋轉一次可提供 0.5 毫米的移動。如果將圓周分成 50 個相等的等份，則每個等份對應 0.01 毫米 (= 0.5/50) 的測量值。通過使用游標尺，可以讀取精度達 0.001 毫米的數值。

千分尺采用螺旋機構夾緊被測物體，因此測量值會根據轉動力的大小而變化。為了防止這種影響，提供了一種以恒定的力旋轉螺釘的機制。大多數情況下是棘輪止動器類型。夾住要測量的物品時，施加力并轉動，直到聽到咔嗒聲。

如果在存放千分尺時將測量值設置為零，則螺旋機構將承受恒定的應力，這可能會導致下次測量時數值出現誤差，因此必須小心。