В рефрактометрах этого типа в качестве рабочего элемента используется сапфировый стержень, у которого один торец плоский, а другой - сферический. Если такой элемент находится в воздухе, то все направляемые в него световые лучи испытывают полное внутреннее отражение и попадают на кольцевой фотодиод. При погружении в жидкость полное внутреннее отражение испытывают только те лучи, которые падают на поверхность раздела жидкости и рабочего элемента под углом больше критического.
