A refração ocorre quando a luz passa de um meio a outro com diferente índice de refração, gerando uma mudança na direção e na velocidade da luz. O princípio do refratômetro óptico consiste em detectar a luz refletida pela fibra óptica quando esta interage com um meio (no caso, líquido). Ou seja, dependendo do índice de refração do fluido em contato com a ponta sensora da fibra, uma quantidade diferente de luz é refletida pelo sensor. Sendo assim, mediante uma calibração, pode-se identificar o tipo de fluido que esta em contato com o sensor a fibra óptica. Esse princípio se baseia na análise e quantificação da luz refletida pela ponta sensora. O sensor é puramente óptico.
O sistema pode ser definido por duas partes. A primeira é a parte eletrônica. Esta parte é necessária para emitir a luz acoplada na fibra óptica, detectar a luz refletida pela ponta sensora e realizar o processamento e a quantificação da luz refletida pelo sensor. A segunda é a parte óptica, que consiste na fibra óptica propriamente dita, nos acopladores ópticos e na unidade sensora.