Устройство рефрактометров и основано на явлении полного внутреннего отражения, происходящего на границе раздела двух сред, из которых одна является более плотной. Рефрактометры имеют призмы — измерительную и осветительную. Измерительная призма изготовлена из оптического стекла с высоким, точно известным показателем преломления. Одна из граней ее служит границей раздела, где происходит преломление и полное внутреннее отражение. Разные типы рефрактометров отличаются величиной показателя преломления измерительных призм, поэтому величина измеряемых показателей преломления в них находится только в определенных пределах. В применяемых в промышленности рефрактометрах отсчитывают не угол полного внутреннего отражения, а непосредственно показатель преломления — процент сухого вещества (по сахарозе) или по условной шкале — число рефракции. В зависимости от исследуемых веществ и условий, для которых составлены таблицы, измерения производят при температурах 17,5, 20, 40° С. Постоянную температуру поддерживают ультра термостатом или специальной установкой. Используют в качестве источника света однородный свет натриевого пламени, естественный дневной свет или электролампы. При естественном освещении и свете электролампы вследствие рассеивания лучей света граница светотени получается радужная, расплывчатая. Для устранения этого явления служит компенсатор дисперсии, устанавливаемый перед объективом зрительной трубы. Тогда при температуре 20° С получают показатель преломления, обозначаемый соответствующий линии и натриевого пламени.