С помощью фототеодолитов решают две задачи — фотографируют местность и создают геодезическое обоснование фототеодолитной съемки. В некоторых конструкциях фотокамеры и теодолит скреплены жестко и представляют одно целое, например фототеодолиты С-4 и ТАЛ. Такие фототеодолиты, обычно облегченного типа, больше подходят для выполнения работ в экспедиционных условиях. Для более стационарных и более точных работ применяют фототеодолиты «Геодезия» (СССР) и фирмы «Цейсс» (ГДР) — СЗ-Ь, СВ-5, TAN, Photheo 19/1318 и др., у которых фотокамера и теодолит разъединены и каждый из них в отдельности может устанавливаться на одной и той же подставке и вращаться вокруг вертикальной оси, причем теодолит предназначен для создания планово-высотного обоснования фототеодолитной съемки. Фотокамеры у этих типов фототеодолитов имеют ориентирное устройство, с помощью которого оптическая ось фотокамеры устанавливается перпендикулярно к линии базиса фотографирования либо под каким-либо иным заданным горизонтальным углом к нему. Ось вращения фотокамеры приводится в вертикальное положение с помощью цилиндрических уровней.

Фотокамеры различаются по формату снимков: 6X9, 10X15, 13X18, 18X24 см. В СССР наибольшее распространение получили фототеодолиты Photheo 19/1318 с форматом снимков 13X18 см, с фокусным расстоянием фотокамеры 19 см. Ориентирное устройство у него состоит из горизонтального лимба, наглухо скрепленного с корпусом фотокамеры, зрительной трубы и отсчетного микроскопа. Имеется также и вертикальный лимб. Точность отсчета по лимбам Г. Для увеличения поля изображения объектив фотока меры может перемещаться по направляющей вверх на 30 мм и вниз на 45 мм от исходного положения. В комплект Photheo 19/1318 входит теодолит-тахеометр Theo-20, с точностью отсчета 6" по горизонтальному и вертикальному кругам. Кроме того, в тот же фототеодолитный комплект входят 2-метровая инварная рейка для измерения длины базиса, 3 раздвижных штатива, трн марки, три трегера, три отвеса на шнуре, 24 кассеты, юстировочное приспособление.

Для фототеодолитных съемок особого назначения (а не топографических) часто с очень близких расстояний применяют спаренные фотокамеры. Экспозиция осуществляется обеими камерами в один и тот же момент, синхронно. Такой комплект называют стерео-фотограмметрической фотокамерой. Ее применяют, в частности, для изучения динамики движений различных объектов, в том числе и для изучения деформации сооружений, используя дистанционные средства управления съемкой. В подобных случаях участвует четвертая координата — время.