Zasada działania wysokościomierza opiera się na pomiarze wysokości, czyli odległości obiektu w pionie od stałego punktu odniesienia, zwykle na poziomie morza. Wysokościomierze wykorzystują różne metody, w zależności od:
Tradycyjny wysokościomierz barometryczny działa na zasadzie spadku ciśnienia atmosferycznego wraz ze wzrostem wysokości. Zawiera barometr aneroidowy, który mierzy ciśnienie atmosferyczne w miejscu wysokościomierza. Gdy samolot wznosi się lub opada, zmiany ciśnienia powietrza powodują, że wysokościomierz wyświetla odpowiednie zmiany wysokości. Piloci kalibrują wysokościomierze barometryczne do standardowego ustawienia ciśnienia atmosferycznego (zazwyczaj 1013,25 milibarów lub 29,92 cala słupa rtęci), aby zapewnić dokładne odczyty wysokości w stosunku do poziomu morza.
Koncepcja wysokościomierza polega na dostarczaniu pilotom i nawigatorom informacji w czasie rzeczywistym o wysokości ich statku powietrznego nad wybranym punktem odniesienia. Informacje te są niezbędne do utrzymania bezpieczeństwa operacji lotniczych, zwłaszcza podczas startu, lądowania i nawigacji na trasie. Wysokościomierze umożliwiają pilotom poruszanie się po zmiennym terenie, omijanie przeszkód i przestrzeganie ograniczeń wysokości określonych przez kontrolę ruchu lotniczego.
Czujnik wysokościomierza zazwyczaj działa poprzez wykrywanie zmian ciśnienia powietrza w miarę zmiany wysokości przez drona. Czujnik może składać się z kapsuły aneroidowej lub membrany, która rozszerza się lub kurczy w odpowiedzi na zmiany ciśnienia atmosferycznego. Zmiany te przekładają się mechanicznie na ruchy wskaźnika lub wyświetlacza cyfrowego, wskazującego aktualną wysokość nad punktem odniesienia. Nowoczesne wysokościomierze w samolotach często zawierają czujniki elektroniczne i wyświetlacze cyfrowe, które zapewniają dokładniejsze i bardziej wiarygodne odczyty wysokości.
Wysokościomierz jest monitorowany i kalibrowany przez pilotów i personel obsługi technicznej statku powietrznego. Piloci ustawiają wysokościomierz na prawidłowe ustawienie ciśnienia przed lotem, aby zapewnić dokładne odczyty wysokości w stosunku do poziomu morza. Podczas lotu piloci mogą okresowo regulować wysokościomierz, aby uwzględnić zmieniające się warunki ciśnienia atmosferycznego, zapewniając stałą dokładność wskazań wysokości. Personel obsługi statku powietrznego dokonuje regularnych przeglądów i kalibracji wysokościomierzy w celu utrzymania ich dokładności i niezawodności zgodnie z przepisami lotniczymi i normami bezpieczeństwa.
Zasada działania wysokościomierza dźwiękowego, znanego również jako wysokościomierz radarowy lub wysokościomierz sonarowy, polega na wykorzystaniu fal dźwiękowych (dźwiękowych lub ultradźwiękowych) do pomiaru wysokości nad ziemią lub wodą powierzchniową bezpośrednio pod statkiem powietrznym lub pojazdem. Wysokościomierze akustyczne emitują impulsy fal dźwiękowych w kierunku ziemi i mierzą czas potrzebny, aby fale dźwiękowe odbiły się z powrotem do czujnika. Obliczając czas podróży tych impulsów, wysokościomierz określa wysokość nad terenem lub wodą poniżej. Wysokościomierze dźwiękowe są powszechnie stosowane w lotnictwie, bezzałogowych statkach powietrznych (UAV) i nawigacji morskiej do precyzyjnych pomiarów wysokości podczas lotu lub operacji na małych wysokościach w pobliżu powierzchni wody.