Mjerenje napona se u mnogim aplikacijama provodi pomoću voltmetra, koji je ručni uređaj koji mjeri razliku potencijala ili napona između pozitivnih i negativnih terminala koji su postavljeni u kontakt s mjestima u vodljivom električnom krugu. Budući da je napon definiran kao razlika potencijala između dviju točaka u vodljivom krugu, postoje mnogi krugovi koji također imaju ugrađeni kapacitet mjerenja napona. Napon se definira kao električna razlika između dviju točaka u strujnom krugu koji nosi struju od jednog ampera i radnu energiju od jednog vata, te je bitna značajka svakog električnog uređaja.
Kada se vrši mjerenje napona, ako očitavanje pokazuje pozitivnu vrijednost, to znači da uređaj za mjerenje napona prikazuje pravu prirodu strujnog toka unutar kruga, od pozitivnog vodiča preko uređaja za mjerenje napona do negativnog vodiča i natrag u krug. Ako voltmetar pokazuje negativnu vrijednost, to znači da su pozitivni i negativni vod obrnuti i struja zapravo teče u obrnutom smjeru. Bez obzira na to kako su vodi voltmetra postavljeni u točkama u strujnom krugu, mjerenje napona je pokazatelj samo razlike potencijala, u dvije točke u krugu, i strogo je govoreći varijabilno mjerenje, a ne mjerenje stvarnog strujnog toka.
Struja teče od pozitivnog prema negativnom potencijalu u strujnom krugu. Voltmetri to pokazuju kao pozitivnu vrijednost na očitanjima. Također je točno da je stvarni fizički tok elektrona u strujnom krugu u suprotnom smjeru od negativnog prema pozitivnom, kao protuteža strujnom toku. Mjerenje napona se često miješa sa strujnim protokom, ali strujni tok se zapravo mjeri u amperima, dok se napon može vidjeti kao vremenski snimak razlike u električnom potencijalu u dvije točke u krugu.
Kako uređaj za mjerenje napona radi, on također preusmjerava dio struje u krugu u procesu mjerenja kroz jedinicu. Time se mijenja stvarni napon kruga dok je voltmetar priključen. Međutim, većina voltmetara je napravljena tako da ima vrlo mali učinak na performanse kruga tijekom takvih mjerenja.
Ostale vrste vanjskih i ugrađenih uređaja koji mjere napon uključuju osciloskop i kartice analogno-digitalnog pretvarača (A/D) u računalima. Neki uređaji također mjere više od napona, kao što je kombinirano mjerenje struje napona ili otpor strujnog kruga, a te se jedinice nazivaju multimetrima. Mnoge moderne inačice uređaja za mjerenje napona digitalne su i daju jednu diskretnu vrijednost očitavanja, a u slučaju multimetara se obično nazivaju digitalnim multimetrima (DMM).
Rani oblici voltmetara bili su izgrađeni na analognom principu kontinuiranog mjerenja vrijednosti napona, i imali su stupnjevani mjerač s iglom koja bi fluktuirala gore-dolje kako se napon mijenja. U tom smislu, oni donekle nalikuju očitavanju osciloskopa, koji proizvodi grafički prikaz kontinuiranog mjerenja napona u zadanom vremenskom razdoblju. Računala koriste A/D pretvarače za mjerenje napona i promjenu mjerenja u binarni signal koji računalo razumije. Ovi uređaji također uzimaju pravi ulazni napon u smislu analognog signala i mijenjaju ga u digitalnu vrijednost koju softver na računalu može analizirati.