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Le baromètre à mercure de Tonnelot est composé d’un tube barométrique gradué en divisions de 100/101 de millimètre, d’une cuvette au diamètre cinq fois plus grand et à la surface cent fois plus grande que ceux du tube, d’une échelle compensée de lecture de la pression atmosphérique et d'un vernier. Il est installé sur une planche de bois.
Avant chaque mesure, le niveau de mercure de la cuvette est ajusté afin d’affleurer une pointe pour régler le zéro de l’échelle de mesure. La dimension de la cuvette par rapport au tube implique que la variation de niveau du mercure y est cent fois plus faible que dans le tube. Lorsque le mercure monte de n divisions dans le tube, il baisse de n/100 dans la cuvette. La variation totale est de n+n/100 divisions ou de (n+n/100)100/101=n millimètres. Le nombre de divisions dont le mercure se déplace dans le tube représente le nombre de millimètres dont la distance des deux niveaux du mercure a varié.
Un thermomètre placé contre le baromètre permet de faire la correction nécessaire pour obtenir la pression atmosphérique à 0°C.