Le misure alla Meridiana consistevano nel determinare le posizioni dei bordi superiore e inferiore dell'immagine solare lungo la linea graduata. Con buona approssimazione, si otteneva la posizione del centro del disco solare dalla metà della somma di queste misurazioni.
È importante considerare che l'immagine luminosa è proprio l'immagine del Sole, proiettata su un piano perfettamente orizzontale.
Ciò si ottiene se il diametro del foro gnomonico è abbastanza piccolo.
Questo è il principio della camera oscura - terminologia introdotta da Keplero, ben nota fin dall'antichità, ma completamente spiegata solo dal grande astronomo arabo Ibn al-Haytham (965-1040).
Dal XVI secolo fino al XVIII, la camera oscura ha goduto di un rinnovato interesse, non solo da parte degli astronomi nelle loro osservazioni del Sole, ma anche da parte di artisti come il pittore Johannes Vermeer (1632 - 1675); se si fa un foro troppo piccolo appaiono gli effetti di diffrazione della luce aumentando, contro ogni previsione, le dimensioni dell'immagine solare; se invece si fa un foro molto più grande, la macchia luminosa sarà la sezione obliqua di un tubo luminoso di raggi quasi paralleli, determinata dai contorni del foro gnomonico.
Giovanni Domenico Cassini, prima di essere invitato da Colbert a venire e condurre l'Osservatorio di Parigi nel 1667, aveva determinato a Bologna - nella chiesa di San Petronio, dove ha costruito nel 1655 con grande acribia una meridiana due volte più grande di quella di Parigi - il valore ottimale per il diametro dello gnomone. Questo diametro era pari ad un millesimo della sua altezza (nel corso del XIX secolo, varie formule sono state proposte per calcolare la dimensione migliore. Applicate al caso della Meridiana di Cassini a Parigi danno un valore ottimale di 6.6 millimetri per ottenere una immagine netta sulla linea, molto simile a quello dato dalla regola di Cassini, che darebbe in questo caso circa 9 mm).
A Parigi, il solstizio d'estate, intorno al 21 giugno, il Sole è nel segno del Cancro e culmina ad un'altezza di 64.6 ° mentre al solstizio d'inverno (21 dicembre) si trova nel segno del Capricorno e la sua altezza meridiana non supera i 17.8°. Agli equinozi, attorno al 21 marzo e 21 settembre, l'angolo zenitale (complementare dell'altezza sull'orizzonte) del Sole a mezzogiorno è uguale alla latitudine (48° 50'). La lunghezza dell'immagine varia tra 11 centimetri e 1 metro in estate ed in inverno. L'immagine del Sole impiega poco più di 2 minuti per attraversare la linea meridiana.
