Метод базується на вимірюванні показника заломлення досліджуваної речовини.
При переході променя світла з одного оптично прозорого середовища в інше, він змінює свій напрямок, тобто заломлюється.
Показник заломлення – це відношення швидкості розповсюдження світла в першому середовищі (V 1) до швидкості розповсюдження світла у другому середовищі (V 2):
,
де α – кут падіння світла;
β – кут заломлення світла.
Відношення швидкості розповсюдження світла у вакуумі до швидкості розповсюдження світла у даному середовищі або відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення (n) називається абсолютним показником заломлення; при переході променя світла з повітря у речовину – відносним показником заломлення іншого середовища по відношенню до першого. Практично вимірюють n по відношенню до повітря, тобто вимірюють відносний показник заломлення. Його величина залежить від агрегатного стану речовини, поляризованості, довжини хвилі світла, що проходить, температури. Як правило, рефрактометричні вимірювання виконують при t °=20°C і довжині хвилі D спектра атома Натрію (λ =589,3 нм). Показник заломлення, визначений за таких умов, позначають 
.
Рефрактометричний метод використовується для кількісного визначення білків, концентрацій розчинів органічних та мінеральних кислот і солей, етилового спирту, гліцерину, лікарських речовин, а також їх сумішей. В основі таких визначень лежить залежність між концентрацією розчину речовини та показником заломлення, що виражається формулою:
n = n 0+ F · c,
де n – показник заломлення розчину;
n0 – показник заломлення розчинника;
F – фактор, який дорівнює величині приросту показника заломлення при збільшенні концентрації на 1%. Встановлюється експериментально.
Величини факторів показників заломлення для багатьох водних розчинів, в тому числі лікарських речовин, наведені в довідниках та спеціальних таблицях.
Визначення концентрації розчинів рефрактометричним методом можна виконувати також за калібрувальним графіком у координатах n - С або за таблицями.
