顶板离层仪的监测原理基于岩层位移跟踪，主要分为两类结构，原理略有差异：

机械式顶板离层仪

由深部基点锚栓（锚固在稳定岩层）、浅部基点锚栓（锚固在巷道顶板浅部岩层）、位移测杆、刻度指示装置组成。

当顶板浅部岩层与深部稳定岩层发生相对位移（离层）时，测杆会随岩层移动，通过刻度盘直接显示离层量数值。

数显式（矿用本安型）顶板离层仪

在机械式结构基础上，加装位移传感器（如光栅尺、霍尔传感器）和微处理器。

岩层位移会转化为电信号，经处理后在 LCD 屏显示数字离层量，部分型号支持 RS485 或无线传输，数据可上传至矿井监控系统。