激光干涉儀發射單一頻率光束射入線性干涉鏡，然后分成兩道光束，一道光束（參考光束）射向連接分光鏡的反射鏡，而第二道透射光束（測量光束）則通過分光鏡射入第二個反射鏡，這兩道光束再反射回到分光鏡，重新匯聚之后返回激光器，其中會有一個探測器監控兩道光束之間的干涉。

　　若光程差沒有變化時，探測器會在相長性和相消性干涉的兩極之間找到穩定的信號。若光程差有變化時，探測器會在每一次光程變化時，在相長性和相消性干涉的兩極之間找到變化信號，這些變化會被計算并用來測量兩個光程之間的差異變化。

　　激光干涉儀是以波長為基本計量單位的，多波長激光器的發展，是實現不同長度“尺子”的基礎。激光器可以穩定地輸出多種波長的激光，利用光學拍波技術，可以將這些單波長合成為一組波長相近、間隔均勻的“合成波長鏈”。“合成波長鏈”是一個塔形結構，塔頂是高一級合成波，其波長長，塔底則是單波長。測量時，干涉儀以不同波長的激光工作，從長波開始，逐級下降，直至單波長。的測量結果是在各種波長干涉下的一組剩余相位，以此可推導出總測量長度，由于每次的測量值都是剩余相位，與測量過程無關，儀器因此不需要導向導軌。