陀螺测斜仪是对采用陀螺元件确定钻孔倾斜方位角的测斜仪统称。经典的是采用机械框架式陀螺元件的测斜仪，在过去的几十年里几乎全都是在用这类陀螺测斜仪。 这种陀螺测斜仪测量的方位是相对的。仪器下到钻孔中去之前，需要在地面确定对准一个方向，然后启动机械陀螺，这个陀螺是安装在有三自由度的万向框架上，让它达到稳定的高速旋转状态。这时陀螺就有了定向性。
下井测量时，仪器自转和钻孔倾斜方向的偏转在理想情况下都不能改变陀螺转子的起始指向，测量和记录仪器相对起始指向所转过的角度，就能计算出钻孔的倾向。显然，钻孔的倾向是在陀螺起始方向上起算的，测量结果称作相对方位。
上世纪90年代后期出现了硅微机械陀螺元件，这种元件没有传统机械陀螺那种保持定向性的高速转子，实际上是一种角速度敏感元件。把它装在测斜仪上，对角速度信号进行积分，理论上就可以计算出仪器在钻孔中运动时，相对起始方向所转过的角度。
进一步也就可以计算出钻孔相对起始方向的倾斜角度变化。但实际上由于灵敏度、噪声、漂移等因素影响，还不能做到实用水平。
对角速度测量有更高灵敏度和精度的光纤陀螺、动力调谐陀螺近些年来被成功应用到测斜仪中。虽然这些元件也称为陀螺仪，但和硅微机械陀螺仪一样，都是角速度敏感元件。与硅微机械陀螺不同的是，它们对角速度的灵敏度高了好几个数量级。
利用它们对角速度的高灵敏度特性，我们可以用它来直接测量地球自转的角速度矢量，再进行计算处理就能确定钻孔的倾斜方位。这个方位是相对地球北极方向的方位，有人称作真北方位角。这种陀螺测斜仪称为自寻北陀螺仪，是最好水平，用途广的测斜仪。
