Spänningsmätning görs i många applikationer med hjälp av en voltmeter, som är en handhållen enhet som mäter potentialen eller spänningsskillnaden mellan de positiva och negativa terminalerna som är placerade i kontakt med platser i en ledande elektrisk krets. Eftersom spänning definieras som denna potentialskillnad mellan två punkter i en ledande krets, finns det många kretsar som också har en inbyggd spänningsmätkapacitet. Spänning definieras som den elektriska skillnaden mellan två punkter i en krets som bär en ström på en ampere och arbetsenergin på en watt, och är en väsentlig egenskap hos alla elektriska enheter.
När en spänningsmätning äger rum, om avläsningen indikerar ett positivt värde, betyder det att spänningsmätningsanordningen visar den sanna naturen av strömflödet i kretsen, från den positiva ledningen genom spänningsmätanordningen till den negativa ledningen och tillbaka in i kretsen. Om voltmetern indikerar ett negativt värde betyder det att de positiva och negativa ledningarna är omvända och att ström faktiskt flyter i motsatt riktning. Oavsett hur ledningarna till en voltmeter är placerade vid punkter i en krets, är spänningsmätning endast en indikator på en potentialskillnad, vid två punkter i en krets, och är strängt taget en variabel mätning, och inte en för faktisk strömflöde.
Ström flyter från positiv till negativ potential i en krets. Voltmetrar indikerar detta som ett positivt värde på avläsningar. Det är också sant att det faktiska fysiska flödet av elektroner i kretsar är i motsatt riktning från negativt till positivt, som utjämningseffekten av strömflödet. Spänningsmätning förväxlas ofta med strömflöde, men strömflöde mäts faktiskt i ampere, medan spänning kan ses som en ögonblicksbild av en skillnad i elektrisk potential vid två punkter i en krets.
Eftersom en spänningsmätare fungerar, omdirigerar den också en del av strömmen i en krets i processen att mäta den genom enheten. Detta ändrar den faktiska spänningen i kretsen medan voltmetern är ansluten. De flesta voltmetrar är dock byggda för att ha en mycket liten effekt på kretsens prestanda under sådana mätningar.
Andra typer av externa och inbyggda kretsenheter som mäter spänning inkluderar oscilloskop och analog-till-digital-omvandlare (A/D)-kort i datorer. Vissa enheter mäter också mer än bara spänning, såsom kombinerad spänningsströmmätning, eller resistansen i en krets, och dessa enheter kallas multimetrar. Många moderna versioner av spänningsmätande enheter är digitala och ger ett diskret avläsningsvärde, och i fallet med multimetrar kallas de vanligtvis för digitala multimetrar (DMM).
Tidiga former av voltmetrar byggdes på den analoga principen om en kontinuerlig mätning av ett spänningsvärde, och hade en graderad mätare med en nål som skulle fluktuera upp och ner när spänningen ändrades. I detta avseende liknar de i viss mån avläsningen av ett oscilloskop, som ger en grafisk visning av den kontinuerliga mätningen av spänningen under en viss tidsperiod. Datorer använder A/D-omvandlare för att mäta spänning och ändra mätningen till en binär signal som datorn förstår. Dessa enheter tar också den verkliga inspänningen i form av en analog signal och ändrar den till ett digitalt värde som programvaran på datorn kan analysera.