Геометрическое нивелирование основано на применении нивелира, который обеспечивает горизонтальное положение линии визирования. Геометрическое нивелирование может быть выполнено также с помощью теодолита-тахеометра.
Различают 2 способа геометрического нивелирования: «из середины» и «вперед». При нивелировании «из середины» нивелир устанавливают посередине между точками. 
Визирная ось инструмента приводится в горизонтальное положение. На точках А и В устанавливают отвесные рейки. Точка, высота которой известна, называется задней, а точка, высота которой определяется, называется передней. Визируя поочередно на заднюю и переднюю рейку, берут отсчеты. Превышение определяется как разность заднего и переднего отсчетов: h=a-b. Для контроля отсчеты берут по черным и красным сторонам рейки. Превышение подсчитывают дважды: как разность черных отсчетов и как разность красных отсчетов. По известной высоте HA и измеренному превышению h вычисляют высоту в точке В: HB=HA+h. Этот способ применяют при проложении нивелирных ходов. Он позволяет снизить влияния погрешностей.
При геометрическом нивелировании «вперед» нивелир устанавливается над одной из нивелируемых точек. При этом окуляр зрительной трубы нивелира располагается над точкой. В определяемой точке устанавливают рейку. Визирная ось инструмента приводится в горизонтальное положение. Берут отсчет по рейке b и измеряют высоту инструмента i. Превышение h подсчитывают из выражения: h=i-b. Высоту точки В определяется по формуле:HB=HA+h. Если с одной станции измеряют высоты нескольких точек, то выполняют расчеты по горизонту инструмента: HГИ=HA+h. Высота определяемой точки: HB=HГИ-b.
