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稱。經典的是采用機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一個方向，然后啟動機械陀螺，這個陀螺是安裝在有三自由度的萬向框架上，讓它達到穩定的高速旋轉狀態。這時陀螺就有了定向性。
下井測量時，儀器自轉和鉆孔傾斜方向的偏轉在理想情況下都不能改變陀螺轉子的起始指向，測量和記錄儀器相對起始指向所轉過的角度，就能計算出鉆孔的傾向。顯然，鉆孔的傾向是在陀螺起始方向上起算的，測量結果稱作相對方位。
上世紀90年代后期出現了硅微機械陀螺元件，這種元件沒有傳統機械陀螺那種保持定向性的高速轉子，實際上是一種角速度敏感元件。把它裝在測斜儀上，對角速度信號進行積分，理論上就可以計算出儀器在鉆孔中運動時，相對起始方向所轉過的角度。
進一步也就可以計算出鉆孔相對起始方向的傾斜角度變化。但實際上由于靈敏度、噪聲、漂移等因素影響，還不能做到實用水平。
對角速度測量有更高靈敏度和精度的光纖陀螺、動力調諧陀螺近些年來被成功應用到測斜儀中。雖然這些元件也稱為陀螺儀，但和硅微機械陀螺儀一樣，都是角速度敏感元件。與硅微機械陀螺不同的是，它們對角速度的靈敏度高了好幾個數量級。
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的角速度矢量，再進行計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。
