Jännitteen mittaus tehdään monissa sovelluksissa käyttämällä voltimittaria, joka on kädessä pidettävä laite, joka mittaa potentiaali- tai jännite -eroa positiivisten ja negatiivisten liittimien välillä, jotka on sijoitettu kosketuksiin johtavan sähköpiirin paikkojen kanssa. Koska jännite määritellään tällä potentiaalieroilla johtavan piirin kahden pisteen välillä, on monia piirejä, joissa on myös sisäänrakennettu jännitteenmittauskapasiteetti. Jännite määritellään sähköerona kahden pisteen välillä piirissä, joka kuljettaa yhden ampeerin virtaa ja yhden watin työenergiaa, ja se on minkä tahansa sähkölaitteen olennainen piirre.
Jos jännitteen mittaus tapahtuu, jos lukema osoittaa positiivisen arvon, se tarkoittaa, että jännitteenmittauslaite näyttää virtapiirin todellisen luonteen piirissä, positiivisesta johdosta jännitteenmittauslaitteen kautta negatiiviseen johtoon ja takaisin piiriin. Jos voltimittari osoittaa negatiivisen arvon, se tarkoittaa, että positiiviset ja negatiiviset johdot ovat päinvastaisia ja virta kulkee todellisuudessa päinvastaiseen suuntaan. Riippumatta siitä, miten volttimittarin johdot on sijoitettu piirin pisteisiin, jännitteen mittaus on vain potentiaalierojen indikaattori, kahdessa piirin kohdassa, ja se on tarkasti ottaen muuttuva mittaus eikä todellista virtausta.
Virta kulkee piirin positiivisesta negatiiviseen potentiaaliin. Volttimittarit osoittavat tämän positiivisena arvona lukemissa. On myös totta, että elektronien todellinen fyysinen virtaus piirissä on vastakkaiseen suuntaan negatiivisesta positiiviseen, koska se on nykyisen virtauksen vastapaino. Jännitteen mittaus sekoitetaan usein virtavirtaan, mutta virtavirta mitataan todellisuudessa ampeereina, kun taas jännite voidaan nähdä tilannekuvana sähköisen potentiaalin eron ajassa kahdessa piirin kohdassa.
Jännitteenmittauslaitteen toimiessa se myös ohjaa osan piirissä olevasta virrasta mittaamalla sitä laitteen läpi. Tämä muuttaa piirin todellista jännitettä, kun volttimittari on kiinnitetty. Useimmat voltimetrit on kuitenkin rakennettu siten, että niillä on hyvin vähäinen vaikutus piirin suorituskykyyn tällaisten mittausten aikana.
Muita jännitteitä mittaavia ulkoisia ja sisäänrakennettuja piirilaitteita ovat oskilloskooppi ja analogiset digitaalimuuntimet (A/D) tietokoneissa. Jotkut laitteet mittaavat myös enemmän kuin vain jännitettä, kuten yhdistetty jännitevirran mittaus tai piirin vastus, ja näistä yksiköistä käytetään nimitystä yleismittarit. Monet jännitteenmittauslaitteiden nykyaikaiset versiot ovat digitaalisia ja tarjoavat yhden erillisen lukema-arvon, ja yleismittarien tapauksessa niitä kutsutaan yleisesti digitaalisiksi yleismittariksi (DMM).
Voltimetrien varhaiset muodot rakennettiin analogisella periaatteella, joka oli jännitteen arvon jatkuva mittaus, ja niissä oli asteittainen mittari, jossa oli neula, joka vaihteli ylös ja alas jännitteen muuttuessa. Tältä osin ne muistuttavat jossain määrin oskilloskoopin lukemaa, joka tuottaa graafisen näytön jännitteen jatkuvasta mittauksesta tietyn ajanjakson aikana. Tietokoneet käyttävät A/D -muuntimia jännitteen mittaamiseen ja muuttavat mittauksen binaarisignaaliksi, jonka tietokone ymmärtää. Nämä laitteet ottavat myös todellisen tulojännitteen analogisignaalina ja muuttavat sen digitaaliseksi arvoksi, jonka tietokoneen ohjelmisto voi analysoida.