Automatyczny pomiar indeksu refrakcji jest oparty na określeniu krytycznego kąta całkowitego odbicia. Źródło światła, najczęściej dioda LED, jest skierowane na powierzchnię pryzmatu za pomocą systemu optycznego. Filtr interferencyjny zapewnia specyficzną długość fali. W związku ze skupieniem światła w punkcie na powierzchni pryzmatu, pokryty zostaje szeroki zakres różnych kątów odbicia. Badana próbka jest w bezpośrednim kontakcie z pryzmatem. W zależności od jej indeksu refrakcji, padające światło poniżej krytycznego kąta całkowitego odbicia, częściowo przenika przez próbkę, a światło powyżej kąta całkowitego odbicia, zostaje całkowicie odbite. Ta zależność intensywności promieni odbitych i ich kątów, jest mierzona przez wysokorozdzielczy układ sensorów. Z sygnału video zebranego z sensora CCD, współczynnik refrakcji może zostać wyznaczony. Metoda detekcji krytycznego kąta całkowitego odbicia jest niezależna od właściwości próbki. Jest możliwe zmierzenie indeksu refrakcji próbek wysoce absorbujących lub zawierających pęcherzyki powietrza lub cząstki stałe. Co ważne, zaledwie kilka mikrolitrów próbki jest potrzebne do wykonania pomiaru, poza tym próbkę naniesioną na pryzmat zawsze można odzyskać po pomiarze.