Merjenje napetosti se v številnih aplikacijah izvaja z uporabo voltmetra, ki je ročna naprava, ki meri potencialno ali napetostno razliko med pozitivnimi in negativnimi priključki, ki so v stiku z lokacijami v prevodnem električnem tokokrogu. Ker je napetost definirana kot ta potencialna razlika med dvema točkama v prevodnem vezju, obstaja veliko vezij, ki imajo vgrajeno tudi zmogljivost za merjenje napetosti. Napetost je opredeljena kot električna razlika med dvema točkama v vezju, ki prenaša tok enega ampera in delovno energijo enega vata, in je bistvena značilnost katere koli električne naprave.
Ko se izvede meritev napetosti, če odčitavanje kaže pozitivno vrednost, to pomeni, da naprava za merjenje napetosti prikazuje pravo naravo toka v tokokrogu, od pozitivnega kabla preko naprave za merjenje napetosti do negativnega kabla in nazaj v vezje. Če voltmeter kaže negativno vrednost, to pomeni, da sta pozitivni in negativni vodnik obrnjena in tok dejansko teče v obratni smeri. Ne glede na to, kako so vodniki voltmetra nameščeni na točkah v vezju, je merjenje napetosti indikator samo potencialne razlike, na dveh točkah v vezju, in je strogo gledano spremenljiva meritev in ne meritev dejanskega toka.
Tok v tokokrogu teče od pozitivnega do negativnega potenciala. Voltmetri to kažejo kot pozitivno vrednost na odčitkih. Res je tudi, da je dejanski fizični tok elektronov v vezju v nasprotni smeri od negativnega proti pozitivnemu, kar je izravnalni učinek toka. Merjenje napetosti se pogosto zamenjuje s tokovnim tokom, vendar se tok dejansko meri v amperih, medtem ko je napetost mogoče videti kot časovni posnetek razlike v električnem potencialu na dveh točkah v vezju.
Ker naprava za merjenje napetosti deluje, tudi preusmeri del toka v vezju v procesu merjenja skozi enoto. To spremeni dejansko napetost vezja, medtem ko je voltmeter pritrjen. Vendar je večina voltmetrov izdelana tako, da ima med takšnimi meritvami zelo majhen učinek na zmogljivost vezja.
Druge vrste zunanjih in vgrajenih naprav, ki merijo napetost, vključujejo kartice za osciloskop in analogno-digitalni pretvornik (A/D) v računalnikih. Nekatere naprave merijo tudi več kot le napetost, kot je kombinirano merjenje napetostnega toka ali upor vezja, te enote pa se imenujejo multimetri. Številne sodobne različice naprav za merjenje napetosti so digitalne in zagotavljajo eno diskretno odčitano vrednost, v primeru multimetrov pa se običajno imenujejo digitalni multimetri (DMM).
Zgodnje oblike voltmetrov so bile zgrajene na analognem principu stalnega merjenja vrednosti napetosti in so imele graduiran merilnik z iglo, ki bi nihala navzgor in navzdol, ko se je napetost spreminjala. V tem pogledu so do neke mere podobni odčitku osciloskopa, ki proizvaja grafični prikaz neprekinjenega merjenja napetosti v določenem časovnem obdobju. Računalniki uporabljajo A/D pretvornike za merjenje napetosti in spreminjanje meritve v binarni signal, ki ga računalnik razume. Te naprave vzamejo tudi pravo vhodno napetost v smislu analognega signala in jo spremenijo v digitalno vrednost, ki jo programska oprema v računalniku lahko analizira.