飞机在空中飞行与在地面运动的交通工具不同，它具有各种不同的飞行姿态。这指的是飞机的仰头、低头、左倾斜、右倾斜等变化。飞行姿态决定着飞机的动向，既影响飞行高度，也影响飞行的方向。低速飞行时，驾驶员靠观察地面，根据地平线的位置可以判断出飞机的姿态。但由于驾驶员身体的姿态随飞机的姿态而变化，因此这种感觉并不可靠。例如当飞机转了一个很小角度的弯，机身倾斜得很厉害，驾驶员一时不能很快地调整好自己的平衡感觉，从而不能正确地判断地平线的位置，就可能导致飞机不能恢复到正确的飞行姿态上来。还有的飞机在海上做夜间飞行，漆黑的天空与漆黑的大海同样都会闪烁着星光或亮光。在这茫茫黑夜中单凭肉眼很难分辨哪里是天空，哪里是大海，稍有失误，就容易迷航，甚至发生飞机掉进海中的事故；这种情况在航空发展史的初期曾经频频发生。
为了正确引导飞行员掌握飞行姿态，保证飞行安全，有必要在飞机驾驶室里安装一种可以指示飞机飞行姿态的仪表。这块仪表必须具有这样一种性能：即能够显示出一条不随着飞机的俯仰、倾斜而变动的地平线。在表上这条线的上方即为天，下方即为地。天与地都分别用不同的颜色予以区别，非常醒目。怎样才能造出这条地平线呢?设计者从玩具陀螺中获得了灵感。
许多人小时候都玩过陀螺。陀螺的神奇之处在于当它转动起来以后，无论你如何去碰它，它总是保持直立姿态，决不会躺倒。而且它转得越快，这种能保持直立的特性就越强。用专业一点的话说就是陀螺的轴稳定性非常好：陀螺转动起来后，它可以保持它的旋转轴的指向不受外界的干扰、而一直指向它起始的方向。人们利用陀螺的这个特性，在19世纪末就制造出来陀螺仪，其核心部分是一个高速转动的陀螺，专业术语叫“转子”。把转子装在一个各方向均可自由转动的支架上，这就是陀螺仪。
把陀螺仪安装到相关设备上以后，不管这个设备（飞机、火箭、卫星、船舶和潜艇等）如何运动，陀螺仪内转子旋转轴的方向是不会改变的。飞机发明后不久，陀螺仪就被用到了飞机上。把陀螺仪的支架和机身连在一起，它的转子在高速旋转时，旋转轴垂直于地面，有一根横向指示杆和转子轴垂直交叉相连。飞机可以改变飞行姿态，但转子轴会始终指向地面，横向标示杆就始终和地平线平行，它在仪表中被叫做人造地平线，这个仪表被称为地平仪，也叫姿态指引仪。在实际飞行时，驾驶员在任何时间都应相信地平仪指示出的飞行姿态而不是相信自己的感觉判断，从而避免因飞机的剧烈俯仰倾斜动作导致的判断失误，这样才能保证飞机安全飞行。