Máy phân tích chất lượng nước chủ yếu sử dụng phép đo điện cực chọn lọc ion để phát hiện chính xác. Thiết bị này bao gồm các điện cực đo pH, florua, natri, kali, canxi, magie và một điện cực tham chiếu. Mỗi điện cực có một màng chọn lọc ion-phản ứng với các ion tương ứng trong mẫu. Màng hoạt động như một chất trao đổi ion; phản ứng với điện tích ion làm thay đổi điện thế màng, cho phép phát hiện điện thế giữa dung dịch, mẫu và màng. Sự chênh lệch điện thế giữa hai phía được phát hiện của màng tạo ra dòng điện. Mẫu, điện cực tham chiếu và dung dịch điện cực tham chiếu tạo thành một "vòng", trong khi màng, dung dịch điện cực bên trong và điện cực bên trong tạo thành vòng kia.
Sự chênh lệch nồng độ ion giữa dung dịch điện cực bên trong và mẫu tạo ra điện áp điện hóa trên màng của điện cực làm việc. Điện áp này được truyền đến bộ khuếch đại thông qua điện cực bên trong có tính dẫn điện cao và tương tự, điện cực tham chiếu cũng được kết nối với bộ khuếch đại. Đường cong hiệu chuẩn thu được bằng cách đo dung dịch chuẩn có nồng độ ion chính xác đã biết, từ đó xác định nồng độ ion trong mẫu.
Khi các ion phân tích trong dung dịch tiếp xúc với điện cực, sự di chuyển ion xảy ra trong tầng ngậm nước của ma trận điện cực chọn lọc ion. Sự thay đổi điện tích của các ion di chuyển tạo ra một điện thế, từ đó gây ra sự thay đổi điện thế giữa các bề mặt màng, tạo ra sự chênh lệch điện thế giữa điện cực đo và điện cực tham chiếu.
