双轴倾角传感器的设计基于牛顿第二定律的基本原理。根据这一物理原理，在系统内部，速度是无法直接测量的，但可以测量加速度。通过已知初速度，可以通过积分计算线速度，从而计算直线位移。因此，该传感器实际上是一种应用惯性原理的加速度传感器。当倾角传感器处于静止状态时，即侧面和垂直方向没有加速度作用时，作用在其上的仅有重力加速度。夹在重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的角度即为倾斜角度。

双轴倾角传感器共用两个敏感轴，分别为X轴和Y轴。当敏感轴与重力方向呈90°时，每次倾斜输出的角度变化值较大;当敏感轴与重力方向呈45°角时，每次引起的角度变化值较小;当两者接近平行时，每次偏移几乎不再引起输出变化。基于这个原理，该双轴传感器能够测量更多类型的物体和角度，从而极大提高了测量效率。

双轴测量的优势在于它不仅满足了单轴倾角传感器的测量需求，还能够测量外形不规则物体的角度大小。通过两个方向角度的差值，可以得出所测夹角的大小。此外，通过从不同方向进行多次测量再求均值，可以获得更准确的角度测量结果，显著提升了测量精准度。并且还具有同时测量物体滚转角和俯仰角的能力。

增加第二个轴后，即使第三个轴上存在倾斜，也可以测得精确值。而单轴倾角传感器只要在除X轴以外的任何轴上存在倾斜，就可能引起显著的误差。对于需要更高分辨率或要求在完整的360度范围内区分倾角的应用，单轴倾角传感器无法提供360°的测量，而双轴则能够完整地测量360度倾斜，并通过测得的各轴加速度符号确定角度所处的象限。

相比之下，使用单轴传感器时，随着水平面和X轴之间夹角的增大，灵敏度会下降。而双轴倾角传感器在X轴和Y轴都与重力方向垂直时，所得的两个角度分别是被测物体的滚转角和俯仰角。随着一个轴的灵敏度下降，另一个轴的灵敏度会上升。此外，这款传感器同时测量角度，可以降低分开测量所带来的误差。‍