Misurano differenze di potenziale. Tipicamente è un amperometro (capace di misurare correnti dell’ordine dei mA o dei mA) o addirittura un galvanometro, collegato in serie con una grossa resistenza R. Se r è la resistenza interna dell’amperometro, la differenza di potenziale cercata è

D_V = (r+R) I

A parità di sensibilità, un voltmetro è tanto migliore quanto maggiore è la resistenza (r+R).

La R è necessaria perché la sola resistenza interna dello strumento, di fronte ad una elevata intensità di corrente entrante, produrrebbe forti variazioni della differenza di potenziale da misurare. Occorre allora una elevata resistenza dello strumento, ottenuta sommando in serie R+r, affinché lo strumento sia attraversato da una piccola intensità di corrente, tale inoltre da non alterare l’equilibrio ohmico del circuito.

Questo si traduce nel fatto che un voltmetro deve essere collegato in parallelo al circuito tra i due punti di cui si vuole la misura della differenza di potenziale.

Osservazione

Dovendo misurare cadute di tensioni ai capi della resistenza R, la presenza dell’apparecchio di misura influenza il circuito, abbassando un po’ la tensione, a meno che il voltmetro abbia in serie (oppure internamente) una resistenza infinita.

Le funzioni di un tester vengono selezionate mediante un commutatore, oppure utilizzando le diverse prese presenti nell'apparecchio.

Ad esempio consideriamo il circuito in figura:

dove

R_V  è la resistenza necessaria per la misura;
r    è la resistenza interna;
V_V  è la caduta di tensione ai capi della resistenza R_V;
V₁  è l’intervallo di misura senza resistenza in serie R_V, ovvero la caduta di tensione ai capi del voltmetro;
V₂  è l’intervallo di misura desiderato: V₂ = V_V + V₁.

poiché la resistenza in serie R_V e l’apparecchio di misura sono attraversati dalla stessa corrente, segue:

e quindi