在電化學原理方面，儀器采用離子選擇性電極測量方法實現檢測。每個電極都具有離子選擇性膜，該膜與待測樣品中的相應離子反應。當待測離子與溶液中的電極接觸時，離子遷移發生在離子選擇性電極基板的含水層中。遷移的離子的電荷變化導致膜面之間的電勢改變，從而在測量電極和參考電極之間產生電勢差。這種電勢差可以通過高導電內部電極導向放大器，并通過與已知離子濃度的標準溶液進行比較，獲得校準曲線，從而確定樣品中的離子濃度。

此外，光學原理也被廣泛應用于多參數水質分析儀中。例如，濁度和電導率的測量就基于光學原理。對于濁度的測量，儀器內部裝有一束光源和一個光接收器。當光線穿過水樣時，光線會被懸浮在水中的顆粒物散射或吸收，通過測量光線的強度變化，可以計算出水的濁度。電導率的測量也采用了類似的光學方法。

除了上述原理，多參數水質分析儀還通過微孔濾膜將水中各種離子分離出來，并加以測量。這些傳感器模塊包括溶解氧傳感器、pH傳感器、濁度傳感器、電導率傳感器和溫度傳感器等，每個模塊都使用特定的測量原理來檢測對應的水質參數。