水分子不是靜止的：當(dāng)遇到特定的能量帶時，它們會振動。水分子中兩個氫原子與氧原子的鍵會伸展、收縮、或以其它形態(tài)扭曲。需要外來的能量引起這些振動，需要的能量遍及整個電磁光譜的特定波段。在整個光譜的不同部位，有一些吸收波段十分強(qiáng)烈，有一些十分微弱。在光譜的近紅外部位，該部分波段對于水分子特別強(qiáng)烈，同時儀器在發(fā)射、過濾和接收這能量方面更容易實現(xiàn)。使用介可視近紅外光能量的特定波長，以提供適量的能量給被測產(chǎn)品中的水分。一般用以測量水分的波長保持在1至2.5微米范圍。

　　特定波長能量被吸收的多少，取決于近紅外能量束所遇到的水分子多少和在該特定波長的吸收強(qiáng)度。能量束所遇到的水分子數(shù)量是與所測物質(zhì)中水分成正比。同時因為水分儀是反射比的形式，測量的光束亦被受測物質(zhì)的反射和吸收特性所影響。

　　水分儀利用的現(xiàn)象是：許多的物質(zhì)在特定波長下吸收紅外能量，而不吸收在其它波長下的紅外能量。當(dāng)測量受測物質(zhì)的水含量時，少選擇兩種波長。一種是為參照波長，不會被受測物質(zhì)或水強(qiáng)烈吸收。另一種是為測量波長，它不會被受測物質(zhì)強(qiáng)烈吸收，但會被水強(qiáng)烈吸收。

　　儀器使用裝嵌在轉(zhuǎn)輪上的精密紅外濾光片。這種安裝允許參照光和測量光的脈沖交替地通過濾光片。被保留的光束會被聚焦在受測試的樣品上。首先是參照光被投影在樣品上，然后是測量光被投影在樣品上。這兩個具有時序的光能脈沖會被反射回到一個探測器上，依次轉(zhuǎn)換成兩個電信號。參考通道表示預(yù)計的反射能量的多少。測量通道有一部分被水分子所吸收，因此其能量將出現(xiàn)衰減。這兩個信號結(jié)合形成一個比率（參照除法測量）。這比率與一些從不同含水程度樣品中獲得的其它比率的差，是與兩者含水量的差成正比例。多種的因素能調(diào)節(jié)這比率而形成測量物料水分率的結(jié)果。