El voltímetro electrostático fue inventado por Sir W. Thomson (Lord Kelvin) con objeto de aplicar su electrómetro de cuadrantes para la medida de tensiones en la industria. Este instrumento se basa en la atracción electrostática entre dos placas que llevan cargas eléctricas opuestas. Las placas o cuadrantes están aisladas entre sí y se conectan a los terminales de la red cuya tensión se quiere medir, de tal forma que las placas se cargan con valores +Q y -Q. La placa móvil es atraída por la fija y la deflexión se muestra en una escala. El par eléctrico de rotación se equilibra por medio de unos pesos que lleva el sistema móvil y que cuando están fuera de servicio se sitúan en la parte inferior de la base del aparato.
Los valores en miligramos de estos pesos son: 32 ½; 97 1/2 y 390. Si se coloca el primero de estos pesos, cada división de la escala representa una d.d.p. de 50 V, este valor se eleva a 100 V para el segundo peso y a 200 V para el tercero. Se pueden medir de esta forma diferencias de potenciales considerables que pueden llegar hasta 10 000 V. Como la desviación de la aguja es proporcional al cuadrado de la d.d.p. el instrumento puede emplearse para la medida tanto de tensiones continuas como alternas, con la ventaja de presentar una impedancia interna infinita.