陀螺測斜儀是對采用陀螺元件確定鉆孔傾斜方位角的測斜儀統(tǒng)稱。經(jīng)典的是采用機(jī)械框架式陀螺元件的測斜儀，在過去的幾十年里幾乎全都是在用這類陀螺測斜儀。這種陀螺測斜儀測量的方位是相對的。
儀器下到鉆孔中去之前，需要在地面確定對準(zhǔn)一個方向，然后啟動機(jī)械陀螺，這個陀螺是安裝在有三自由度的萬向框架上，讓它達(dá)到穩(wěn)定的高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。這時陀螺就有了定向性。下井測量時，儀器自轉(zhuǎn)和鉆孔傾斜方向的偏轉(zhuǎn)在理想情況下都不能改變陀螺轉(zhuǎn)子的起始指向，測量和記錄儀器相對起始指向所轉(zhuǎn)過的角度，就能計(jì)算出鉆孔的傾向。
顯然，鉆孔的傾向是在陀螺起始方向上起算的，測量結(jié)果稱作相對方位。上世紀(jì)90年代后期出現(xiàn)了硅微機(jī)械陀螺元件，這種元件沒有傳統(tǒng)機(jī)械陀螺那種保持定向性的高速轉(zhuǎn)子，實(shí)際上是一種角速度敏感元件。把它裝在測斜儀上，對角速度信號進(jìn)行積分，理論上就可以計(jì)算出儀器在鉆孔中運(yùn)動時，相對起始方向所轉(zhuǎn)過的角度。
進(jìn)一步也就可以計(jì)算出鉆孔相對起始方向的傾斜角度變化。但實(shí)際上由于靈敏度、噪聲、漂移等因素影響，還不能做到實(shí)用水平。對角速度測量有更高靈敏度和精度的光纖陀螺、動力調(diào)諧陀螺近些年來被成功應(yīng)用到測斜儀中。
雖然這些元件也稱為陀螺儀，但和硅微機(jī)械陀螺儀一樣，都是角速度敏感元件。與硅微機(jī)械陀螺不同的是，它們對角速度的靈敏度高了好幾個數(shù)量級。
利用它們對角速度的高靈敏度特性，我們可以用它來直接測量地球自轉(zhuǎn)的角速度矢量，再進(jìn)行計(jì)算處理就能確定鉆孔的傾斜方位。
這個方位是相對地球北極方向的方位，有人稱作真北方位角。這種陀螺測斜儀稱為自尋北陀螺儀，是最好水平，用途廣的測斜儀。
