旋光仪主要构造为起偏器和检偏器两部分。起偏器俗称尼科尔棱镜，是使各向振动的可见光起偏振，它固定在仪器的前端。检偏器用来测定偏振面的转动角度，称为第二尼科尔棱镜，随刻度盘一起转动。
对于自然光，其光波在与光传播方向垂直的一切可能方向上振动，但当通过起偏的尼科尔棱镜之后，获得了只在一个方向上振动的平面偏振光。当两个尼科尔棱镜的偏听偏信振光全部能通过；当两个棱镜的主截面互相垂直时，则偏振光全部不能通过；当两个棱镜主截面夹角介于0～90（°）之间时，透过的光强将被减弱。
两个棱镜主截面互相垂直时视野是黑暗的，但在棱镜中间放入一个装有旋光性物质的溶液的玻璃光管时，因溶液使偏振光旋转了一个角度，从视野中可见到一定的光亮，这时如将检偏听偏信镜相应旋转一个角度，又可使视野重新变暗，检偏镜旋转的角度就等于光的偏振面在通过溶液后的旋光角。如要顺时针方向旋转才能恢复黑暗称为右旋光性，反之称为左旋光性。
由于肉眼对鉴别黑暗的视野误差较大，为精确确定旋光角，常采用比较方法，即三分视野法，在起偏镜后的中部装一狭长的石英片，其宽度约为视野的1/3，因为石英片也具有旋光性，所以在目镜中出现三分视野。
在旋转相应的角度后，视野中3个区内明暗相等，三分视野消失。鉴于肉眼对于这种明暗相等的三分视野易于判断，可以准确测得被测溶液的旋光度。
