被測濕氣進入露點測量室時掠過冷鏡面，當鏡面溫度高于濕氣的露點溫度時，鏡面呈干燥狀態，此時光電檢露裝置中光源發出的光照在鏡面上，幾乎完全反射，由光電傳感器感應到并輸出光電信號，經控制回路比較、放大、驅動熱電泵，對鏡面致冷。當鏡面溫度降至濕氣露點溫度時，鏡面上開始結露（霜），光照在鏡面上出現漫反射，光電傳感器感應到的反射信號隨之減弱，此變化經控制回路比較、放大后調節熱電泵激勵，使其制冷功率適當減小，最后，鏡面溫度保持在樣氣露點溫度上。鏡面溫度由一緊貼在冷鏡面下方的鉑電阻溫度傳感器感應，并顯示在顯示窗上。
 
目前世界上生產冷鏡式露點儀的公司均是采用這一原理，也有采用雙光路檢測系統的，即同時對反射光及散射光進行檢測，芬蘭 Vaisala 則是利用聲波作檢測系統。

在測量過程中，隨著溫度的降低，被測氣體中的水汽接近飽和狀態，由于引力作用，水分子吸附在鏡面上形成一層薄薄的水膜。這是形成露的第一階段。當鏡面溫度繼續下降時，水膜的厚度逐漸增加，這是形成露的第二階段。在這一階段內，自由表面對水分子的引力與水膜的表面張力之間的力量對比開始發生變化，后者的影響逐漸起支配作用。此時冷卻表面上的任何不穩定的因素，例如鏡面上的微小傷痕等，都會使水膜縮聚成液滴。隨著鏡面溫度的進一步下降，露滴開始出現，通過顯微鏡可以看到孤立生長而且分布不規則的露滴，然后露層以很快的速度在表面上擴散，此時可以認為液 - 汽平衡開始，即達到露點。