风速风向仪其基本原理是将一根细的金属丝放在流体中，通电流加热金属丝，使其温度高于流体的温度，因此将金属丝风速计称为“专线”。当流体沿垂直方向流过金属丝时，将带走金属丝的一部分热量，使金属丝温度下降。根据强迫对流热交换理论，可导出专线散失的热量Q与流体的速度v之间存在关系式。标准的专线探头由两根支架张紧一根短而细的金属丝组成。金属丝通常用铂、铑、钨等熔点高、延展性好的金属制成。常用的丝直径为5μm，长为2mm；探头直径仅1μm，长为0.2mm。根据不同的用途，专线探头还做成双丝、三丝、斜丝及V形、X形等。为了增加强度，有时用金属膜代替金属丝，通常在一热绝缘的基体上喷镀一层薄金属膜，称为热膜探头。专线探头在使用前必须进行校准。静态校准是在专门的标准风洞里进行的，测量流速与输出电压之间的关系并画成标准曲线；动态校准是在已知的脉动流场中进行的，或在
风速风向仪加热电路中加上一脉动电信号，校验专线风速仪的频率响应，若频率响应不佳可用相应的补偿线路加以改善。
现场风速风向仪测量按原理分主要有压差式，叶轮式，热球式三种
压差式是流体力学中测量流速的经典方法，主要依靠皮托管和压差计测量出动压，再根据伯努力方程算出流速。此方法优点是检出限低，灵敏度高，但对流场均匀性要求较高，在环境中测量时容易因为流场不均匀而测不准，因此压差法主要用在风管中测量风速。
热球式主要原理是探头设定了一个恒定的温度，空气流过探头后会带走热量，这时探头会被加热至设定温度，此过程中会有电信号被仪器收集，并依此换算出风速。此方法的优点是灵敏度高，量程较大，适应环境测量，缺点是探头中连接热球的铂丝比较脆弱，在使用中若不小心容易造成探头损坏，无法修复。目前国内的热球式风速仪还是老式的风速仪，建研院空调所已经有了更先进的替代技术，将热球换为陶瓷热柱，强度比热球好很多。
叶轮式主要靠风吹动叶轮转动，产生电磁信号来测量，这种方法的优点是仪器比较耐用，常用于长期测量，气象观测中所用的三杯式风速风向仪也是相同的原理，缺点是灵敏度稍差。
