Un nocturlabio tiene un disco externo marcado con los meses del año y un disco interno marcado con las horas (y quizás medias horas), así como lugares para una o más estrellas de referencia.
Dado que el instrumento se usa de noche, las marcas pueden ser exageradas o elevadas.
A veces, el disco interno tiene un diagrama de las constelaciones y las estrellas que se precisan, para ayudar en su localización.
En el hemisferio norte, todas las estrellas que parecen girar alrededor de la Polar durante la noche, y sus posiciones, como el avance del Sol, se pueden utilizar para determinar la hora.
Un nocturlabio está hecho de diversas esferas, que proporcionará la hora del día basado en una época del año y una observación de la estrella polar y algunas otras estrellas comunes.