Цей метод є самим старої, оскільки можливість визначення напрямку приходу радіохвиль була встановлена А. С. Попов ще в 1897 р. при проведенні досвідів по радіозв'язку на Балтійськом море. При цьому використовуються спрямовані властивості антени при чи передачі прийомі радіосигналу. Існує два варіанти побудови кутомірних систем: радіопеленгаційний і радіомаячний. У радіопеленгаторній системі спрямованої є антена приймача (радіопеленгатора), а передавач (радіомаяк) має ненаправлену антену. При розташуванні радіопеленгатора (РП) і радіомаяка (РМ) в одній площині, наприклад на поверхні Землі, напрямок на маяк характеризується пеленгом ос (рис. 31, а). Якщо пеленг відраховують від географічного меридіана (напрямок північ - південь), то його називають дійсним чи пеленгом або азимутом. Часто азимутом вважають кут у горизонтальній площині, відлічений від будь-якого напрямку, прийнятого за нульове. Визначення напрямку роблять у місці розташування приймача, що може бути як на Землі, так і на об'єкті. У першому випадку пеленгування об'єкта здійснюють із Землі і при необхідності обмірюване значення пеленга передають на об'єкт (борт) по каналі зв'язку. При розташуванні радіопеленгатора на об'єкті пеленг на радіомаяк вимірюють безпосередньо на борті.
У радіомаячній системі (рис. 31, 6) використовують радіомаяк зі спрямованою антеною і ненаправлений приймач. У цьому випадку в місці розташування приймача вимірюють зворотний пеленг а0 щодо нульового напрямку, що проходить через крапку, у якій розташований радіомаяк. Часто застосовують маяк з обертової ДНА. У момент збігу осі ДНА з нульовим напрямком (наприклад, північним) друга, ненаправлена, антена РМ випромінює спеціальний нульовий (північний) сигнал, що приймається приймачем системи і є початком відліку кутів. Фіксуючи момент збігу осі обертової ДНА маяка з напрямком на приймач (наприклад, по максимуму сигналу), можна знайти зворотний пеленг, що при рівномірному обертанні ДНА маяка пропорційний інтервалу часу між прийомом нульового сигналу і сигналу в момент пеленга. У цьому випадку приймач спрощується, що важливо при його розташуванні на борті. Поверхнею положення кутомірної РНС є вертикальна площина, що проходить через лінію пеленга.
При використанні наземних РП і РМ лінією положення буде ортодромія — дуга великого кола, що проходить через пункти розташування РП і РМ. Вона є лінією перетинання поверхні положення з поверхнею Землі. Щирий пеленг (ИП) — кут між меридіаном і ортодромією. При відстанях, малих у порівнянні з радіусом Землі, ортодромія апроксимується відрізком прямої лінії. Для визначення місця розташування РП (рис. 31, в) необхідний другий РМ. По двох пеленгах можна знайти місце розташування РП як крапку перетинання двох ліній положення (двох ортодромій на земній поверхні). Якщо система розташована в просторі, то для визначення місця розташування РП необхідний третій радіомаяк. Кожна пара (РП — РМ) дозволяє знайти тільки поверхню положення, що буде в даному випадку площиною. При визначенні місця розташування приймача припускають, що координати РМ відомі.
У морській і повітряній навігації вводять поняття курс у – кута між подовжньою віссю корабля (проекцією подовжньої осі літака на поверхню Землі) і напрямком початку відліку кутів, у якості якого вибирають географічний чи магнітний меридіан, а також лінію ортодромії. Відповідно такому вибору розрізняють щирий, магнітний і ортодромічний курси. Для літального апарата (ЛА) як третю координату при перебуванні місця розташування використовують висоту польоту Н—абсолютну (відлічувану від рівня Балтійського моря), барометричну (відлічувану по барометричному висотомірі щодо рівня, прийнятого за нульовий) і щиру (найкоротша відстань по вертикалі до поверхні під ЛА, вимірюване радіовисотоміром). При застосуванні радіовисотоміра місце розташування ЛА визначається вже комбінацією кутомірного і дальномірного методів виміру координат.
