Хронографы служили для определения промежутков времени путём сравнения отметок начала и конца наблюдаемых промежутков с отметками известных промежутков времени. Так, например, если на движущейся бумаге получена запись AabcdA' какого-нибудь явления, где излом ab обозначает начало, a cd конец явления и запись BB', где каждая из линий формы οαβγι изображает запись, положим, одной секунды, и если относительное положение перьев, чертивших АА' и ВВ', нам известно, например если оба пера были установлены так, что их концы находятся на одной линии, перпендикулярной к направлению движения бумаги, то мы легко можем сделать заключение о продолжительности (ad) явления.
Для этого проведём из а и d перпендикуляры ak и dl; очевидно, что искомая продолжительность явления больше 2 секунд, но менее 4 и близка к 3 сек. Если длины, изображающие секунды по смежности с k и l, близки между собой, то искомый промежуток времени определим точнее; если средняя длина секунды около k получилась, например, 15 мм, а расстояние между точками k и о равно 3 мм, то должно прибавить к двум секундам 3/15 сек., или 0,2 сек. Подобным же образом найдём, что время, соответствующее длине 2 l, будет 0,75 сек. Искомая продолжительность ad равна = 2 + 0,2 + 0,75 = 2,95 сек. Основанный на таком принципе хронограф является самым совершенным и должен состоять, следовательно, из следующих частей:
Если подвижная часть (1) при помощи какого-либо механизма движется с достаточно равномерной скоростью, то эту скорость легко определить, наблюдая перемещение этой части за известный промежуток времени, определяемый при помощи часов. Полученная скорость и есть путь, соответствующий одной секунде; измерив этим масштабом расстояние между отметками наблюдаемого явления, получаем искомое время. Это уже будет хронограф в упрощённой форме. Одним из известных универсальных хронографов является хронограф Марея, состоящий из часового пружинного механизма А, снабжённого регулятором скорости (Фуко) и барабана В, ось которого может быть установлена в трёх положениях, в которых барабан и может вращаться с тремя определёнными скоростями.
В каждом из этих положений ось барабана служит продолжением соответствующей оси часового механизма и с ней сцепляется и вращается, например на одной оси — раз в минуту, на другой — 6 раз, на третьей 36 раз в минуту. На барабан В наклеивают гладкую бумагу, которую покрывают лёгким слоем копоти, например от свечи. Запись на копоти самым деликатным отметчикам представляет весьма малое сопротивление и легко может быть закреплена спиртовым раствором шеллака. Отметчик устанавливается на горизонтальном стержне С, укреплённом на неподвижной стойке. Наиболее употребительны быстрые отметчики: воздушный — Марея и электромагнитный — Марсель Депре. Отметчик Марея состоит из металлического сосуда а, передняя стенка которого затянута тонкой каучуковой перепонкой с; на эту перепонку наклеен лёгкий алюминиевый кружок d.