Đơn giản nhất là lấy một cái que đóng xuống đất, xem bóng đổ của nó (khi Mặt trời "đi qua", thực tế là Trái đất xoay tròn) tới đâu thì ước lượng thời gian tới đó.
Phức tạp hơn, người ta dùng một gnomon (cây kim), cho nó đổ bóng lên một chiếc đĩa bằng đá được chia vạch, giúp mọi người biết từng thời điểm.
Từ năm 1500 trước Công Nguyên, ở Ai Cập đã có sundial đầu tiên là một tảng đá vôi dẹt, khắc hình nửa quả cầu, chia làm 12 phần, cách nhau 15 độ và ở góc trệt gắn một thanh bar hình chữ L để khiến nó đổ bóng từng giờ.
Ngoài cái đồng hồ thực ấy, trong Kinh Thánh cách đây 2.700 năm cũng đã từng ghi về chiếc đồng hồ của Ahaz cho biết những thời khắc linh thiêng.
Vào thế kỷ thứ nhất, người ta đã cải tiến sundial bằng việc đặt gnomon song song với trục Trái đất để khi Mặt trời di chuyển từ Đông sang Tây sẽ xuất hiện bóng thật rõ ràng, chính xác.
Đến nay, họ đã chế tạo được nhiều kiểu đồng hồ đặc biệt, không chỉ có một cây kim còn chứa nhiều cây kim, cho biết giờ địa phương, giờ khu vực và cả giờ quốc tế. Nhờ dựng các tượng đài vừa làm tác phẩm trang trí vừa đo thời gian tiện lợi, những sundial, nhất là đồng hồ đa diện, đa kim đã hiện hữu khắp nơi.
Đồng hồ Mặt trời lớn nhất tới nay là công trình tại thành phố Jaipur (Ấn Độ) đã được xây dựng bằng đá từ năm 1724, rộng 4ha với cây kim cao hơn 30m.
Đồng hồ Barrington Court, Somerset, Anh.
Nước Anh, đặc biệt là vùng Scotland là nơi có nhiều đồng hồ Mặt trời nhất, và đa số đều là đồng hồ đa diện. Chủ yếu được xây dựng vào thế kỷ 17 - 18, chúng đã trở thành nguồn cảm hứng cho các nhà phát minh làm đồng hồ đeo cổ và đeo tay. Có hai loại sundial tại đây, gồm dạng tháp obelisk và dạng bục giảng kinh trong thánh đường lectern.
Vào thời kỳ này, người dân rất yêu khoa học và toán học nên nhà ai cũng dựng đồng hồ. Ở Scotland, nơi đâu cũng thấy sundial, trong đó có những đồng hồ dạng tháp rất cao và tạo nên vẻ đẹp độc đáo.
Đồng hồ Lennoxlove, Scotland.
Đồng hồ Mặt trời tại Dumfries House, Scotland.
Mỗi cái là hiện thân của tri thức, thành công và tài lộc khi gắn bó với đời sống sang giàu của giới quý tộc. Nhằm thể hiện sự uyên bác, khá giả, người ta thường không làm đồng hồ một mặt mà đa mặt, nhiều kim. Đặc biệt, đồng hồ ở lâu đài Glamis của Scotland có tới 84 cây kim.
Đối với nhiều người dân Scotland, sundial còn biểu thị cho sự chính trực, quang minh. Họ thường nói: "Hãy sống như một cái đồng hồ Mặt trời, chỉ đếm thời gian ánh nắng mỗi ngày".
Đồng hồ Mặt trời tại Groirie, Yvre-l'Eveque, Pháp.
Đồng hồ Mặt trời tại Mont Sainte-Odile Abbey, Pháp.
Ngoài ra, Pháp, Đức cũng là hai quốc gia có nhiều đồng hồ Mặt trời đẹp, thậm chí còn bảo tồn được nhiều sundial cổ đại từ thế kỷ 15, 16. Đó là những khối gnomon đa diện để đón bắt ánh nắng ở nhiều góc độ và thời điểm, rồi phản chiếu lên nhau, tạo ra nhiều hình thù kỳ diệu.
