風速風向儀其基本原理是將一根細的金屬絲放在流體中，通電流加熱金屬絲，使其溫度高于流體的溫度，因此將金屬絲風速計稱為“專線”。當流體沿垂直方向流過金屬絲時，將帶走金屬絲的一部分熱量，使金屬絲溫度下降。根據強迫對流熱交換理論，可導出專線散失的熱量Q與流體的速度v之間存在關系式。標準的專線探頭由兩根支架張緊一根短而細的金屬絲組成。金屬絲通常用鉑、銠、鎢等熔點高、延展性好的金屬制成。常用的絲直徑為5μm，長為2mm；探頭直徑僅1μm，長為0.2mm。根據不同的用途，專線探頭還做成雙絲、三絲、斜絲及V形、X形等。為了增加強度，有時用金屬膜代替金屬絲，通常在一熱絕緣的基體上噴鍍一層薄金屬膜，稱為熱膜探頭。專線探頭在使用前必須進行校準。靜態校準是在專門的標準風洞里進行的，測量流速與輸出電壓之間的關系并畫成標準曲線；動態校準是在已知的脈動流場中進行的，或在
風速風向儀加熱電路中加上一脈動電信號，校驗專線風速儀的頻率響應，若頻率響應不佳可用相應的補償線路加以改善。
現場風速風向儀測量按原理分主要有壓差式，葉輪式，熱球式三種
壓差式是流體力學中測量流速的經典方法，主要依靠皮托管和壓差計測量出動壓，再根據伯努力方程算出流速。此方法優點是檢出限低，靈敏度高，但對流場均勻性要求較高，在環境中測量時容易因為流場不均勻而測不準，因此壓差法主要用在風管中測量風速。
熱球式主要原理是探頭設定了一個恒定的溫度，空氣流過探頭后會帶走熱量，這時探頭會被加熱至設定溫度，此過程中會有電信號被儀器收集，并依此換算出風速。此方法的優點是靈敏度高，量程較大，適應環境測量，缺點是探頭中連接熱球的鉑絲比較脆弱，在使用中若不小心容易造成探頭損壞，無法修復。目前國內的熱球式風速儀還是老式的風速儀，建研院空調所已經有了更先進的替代技術，將熱球換為陶瓷熱柱，強度比熱球好很多。
葉輪式主要靠風吹動葉輪轉動，產生電磁信號來測量，這種方法的優點是儀器比較耐用，常用于長期測量，氣象觀測中所用的三杯式風速風向儀也是相同的原理，缺點是靈敏度稍差。
