光线从一种透明介质进入另一种透明介质时，其传播方向会发生改变，这种现象称为折射。折光仪正是利用这一特性，通过测量光线的偏折程度来计算物质的折射率。折射率定义为光线在空气中的速度与在待测物质中速度的比值，是物质的固有物理常数。

折光仪的核心部件是一对直角棱镜，待测液体被置于棱镜间约零点一毫米的缝隙中。光线从光源射入棱镜，在液体与棱镜界面发生折射：若液体浓度较低，折射率小于棱镜，光线偏折角较大；若液体浓度较高，折射率接近棱镜，偏折角则减小。通过目镜观察明暗分界线位置，可直接读取对应的折射率数值。

温度对测量精度影响显著——每升高一摄氏度，折射率下降约十万分之一至五十万分之五。因此，标准测量需在二十摄氏度恒温下进行，或使用具备自动温度补偿功能的机型。现代折光仪采用临界角算法，通过分析反射光斑的光强质心位置计算折射率，对浑浊溶液的散射效应具有更强抗干扰能力。