激光干涉仪发射单一频率光束射入线性干涉镜，然后分成两道光束，一道光束（参考光束）射向连接分光镜的反射镜，而第二道透射光束（测量光束）则通过分光镜射入第二个反射镜，这两道光束再反射回到分光镜，重新汇聚之后返回激光器，其中会有一个探测器监控两道光束之间的干涉。

　　若光程差没有变化时，探测器会在相长性和相消性干涉的两极之间找到稳定的信号。若光程差有变化时，探测器会在每一次光程变化时，在相长性和相消性干涉的两极之间找到变化信号，这些变化会被计算并用来测量两个光程之间的差异变化。

　　激光干涉仪是以波长为基本计量单位的，多波长激光器的发展，是实现不同长度“尺子”的基础。激光器可以稳定地输出多种波长的激光，利用光学拍波技术，可以将这些单波长合成为一组波长相近、间隔均匀的“合成波长链”。“合成波长链”是一个塔形结构，塔顶是高一级合成波，其波长长，塔底则是单波长。测量时，干涉仪以不同波长的激光工作，从长波开始，逐级下降，直至单波长。的测量结果是在各种波长干涉下的一组剩余相位，以此可推导出总测量长度，由于每次的测量值都是剩余相位，与测量过程无关，仪器因此不需要导向导轨。