水质分析仪主要使用离子选择电极来实现准确的检测。仪器上的电极:pH、氟、钠、钾、钙、镁和参比电极。

每个电极都有一个离子选择膜，它与被测样品中相应的离子发生反应。膜是一种离子交换器，它与离子电荷反应并改变膜电位。可以检测液体、样品和膜的电位。在薄膜的两边检测到的两个电位差产生电流。样品、参比电极和参比电极液形成一边的“回路”，另一边是膜、内部电极液和内部电流。

内部电极液与样品之间的离子浓度差会在工作电极膜的两侧产生一个电化学电压。电压将通过高导电的内部电极被引导到放大器，参考电极也将被引导到放大器。通过检测一个具有准确已知离子浓度的标准溶液来检测样品中的离子浓度，得到一个校准曲线。

当被测离子在溶液中接触电极时，离子在离子选择电极基体含水层中发生迁移。迁移离子的电荷变化中存在一个电位，使膜表面之间的电位发生变化，在测量电极和参考电极之间产生一个电位差。