Этот вид нивелирования основан на использовании свойств уровней жидкости в сообщающихся сосудах. Гидростатический нивелир представляет собой две или систему стеклянных трубок со шкалами, соединенных между собой резиновым шлангом.  В качестве жидкости обычно используется кипяченая вода.

Средняя квадратнческая погрешность в превышении, вызванная погрешностями отсчитывания, при исследованиях оказалась равной ±0,05 мм.

Источниками случайных и систематических погрешностей при гидростатическом нивелировании могут быть:

1) невертикальность измерительных трубок;

2) изменение температуры жидкости в процессе снятия отсчетов;

3) погрешности отсчетов;
 
4) неточность фиксации острия рейки с поверхностью жидкости;
 
5) изменение начальных отметок уровня жидкости в трубках вследствие осадок самих трубок.

Гидростатические приборы применяют не только для измерения величин осадок. В промышленном и жилищном строительстве для монтажа строительных конструкций и установки их в вертикальное положение применяют «строительный уровень» конструкции А. И. Выпова [8], состоящий из двух соединенных шлангом реек, в пазах которых находятся стеклянные измерительные трубки. Для укладки строительных конструкций в горизонтальное положение применяют аналогичного устройства «горизонтальный уровень».

Для выверки установки конструкций в вертикальном положении пользуются «вертикальным уровнем», представляющим собой деревянную рейку с вмонтированными в нее пятью стеклянными трубками, соединенными между собой в виде пятиугольника.

Для укладки трубопроводов с самотечным течением жидкости Д. Н. Кавунец предложил разработанную им конструкцию гидронивелира, состоящую из двух реек с измерительной трубкой в каждой из них. Нивелирование по поверхности земли на участке с большими уклонами и большими разностями высот (до 16 м) может выполняться с высокой точностью двухжидкостным (ртутно-во-дяным) нивелиром конструкции К. А. Маружко [22].

Гидростатическое нивелирование применяется и при монтаже направляющих путей холодной обработки стекла, где требуется высокая точность работ, выражающаяся десятыми долями миллиметра. В одной из конструкций таких нивелиров, изготовленной в Московском институте инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии, жидкостью была не вода, а ртуть.

Наб. леденил за осадками Красноярской гравитационной плотины выполнялись специально сконструированным гидростатическим устройством [95], состоящим из системы нержавеющих труб, полихлорвиниловых труб, осадочных марок и микроизмерителей. Контакт щупа микроизмерителя с поверхностью жидкости сигнализируется появлением света электролампочки. Погрешности нивелирования выражаются сотыми долями мм.

На тепловых электростанциях, т. е. в сложных тепловых условиях, применялся нивелир-компенсатор. Пьезометрические трубки в нем заключены в трубки, заполненные глицерином, который ослабляет влияние изменения температуры и давления на положение уровня в пьезометрических трубках.

Гидростатическое нивелирование было выполнено в 1969 г. по связи Кронштадтского футштока с материком, через водное пространство шириной около 5 км, с глубинами до 12 м. Суммарное влияние случайных и систематических погрешностей оказалось равным +0,76 мм.