A különböző műszerek működése a közvetlen napsugarak hő- vagy vegyi hatásán alapul. A legelterjedtebb, a Campbell-Stokes-féle műszer a hőhatáson alapul. Ez egy talapzaton álló csiszolt üveggömb, amely a direkt sugarakat az átellenes oldalon egy gyújtópontban gyűjti össze. Ezek a gyújtópontok a sugarak napi irányváltozásai miatt egy gyújtófelületet adnak ki.

Az üveggömböt gyújtótávolságban egy fémből készült gömbhéj-részlet fogja körül, amely elmozdítható. A belső oldalra papírszalagot helyezünk el, amelyet az összegyűjtött direkt sugarak megperzselnek. A papírszalagon órabeosztás van, és a perzselések helyéből megállapíthatjuk, hogy mikor sütött a Nap és mikor takarta felhő. A műszernek pontosan észak- dél irányú tájolásúnak kell lennie, és alapja vízszintesen kell, hogy álljon.