C’est l’instrument de nivellement le plus simple et le plus typique. Il se ramène à une règle horizontale à un bout de laquelle on suspend un fil à plomb. La longueur du fil libéré pour que le plomb touche le sol est la dénivelée verticale qui correspond sur le secteur considéré à la variation horizontale : la longueur de la règle.
A partir de ce principe on peut envisager deux familles d’instruments :
- Les dioptres ou appareils à visée oculaire, dont les balances à eau, le chorobate, la dioptre d’Héron, les niveaux d’eau à courte amplitude ;
- Les niveaux d’eau à grande amplitude où le repérage ne se fait plus à l’oeil mais par la distance d’un ménisque au sol.
Les perches de Frontin – Probablement très antérieures au célèbre curateur des eaux romain de la fin du premier siècle après J.-C., ces perches ont rendu service sur des espaces de faible étendue.
Réglée comme l’indique le dessin de gauche, la libération 
du fil à plomb jusqu’à ce ce que le plomb touche le sol, donne la variation verticale.
Selon Germain de Montauzan1, le spécialiste des aqueducs romains de Lyon, le chorobate pouvait être utilisé de la même façon : mais quel encombrement ! (schéma ci-dessus à droite). L’hypothèse est à rejeter carrément.
Les balances à eau, évoquées par Vitruve2 sous le nom de Libra 
aquaria, désigne un niveau d’eau dont le principe repose sur celui des vases communicants de faible ouverture. La ligne de visée, horizontale, limitée par des ménisques « horizontaux-concaves » qui génèrent une incertitude de lecture pourrait être qualifiée de nos jours « d’instrument de zéro », c’est-à-dire d’instrument d’information approximative.
Dans la photo ci-dessus où l’on a disposé de gauche à droite la maquette d’une double-équerre pour se repérer dans le fond d’une galerie, une balance à eau occupe la deuxième place avant la sauterelle et un chorobate réduit à l’échelle 1/20. La balance à eau terminée chez Vitruve par deux fioles verticales en verre, n’en possède pas dans notre collection afin d’éviter les erreurs de lecture dues aux ménisques. Nous avons préféré utiliser le niveau horizontal des bords de la gorge du contenant afin de diviser la hauteur du ménisque par 20 ou 30.
