在测量过程中，由光源发出的一束宽光谱的混色光，通过色散镜头发生光谱色散，形成不同波长的单色光。由于每一种单色光的波长不同，在光轴空间上形成一组连续的焦点，每一个波长的焦点都对应一个距离值。测量光射到物体表面被反射回来，只有满足共焦条件的单色光，可以通过光路小孔被光谱仪感测到，通过计算被感测到的波长，换算获得距离值。

光谱共焦测厚仪根据不同材料测量需求，可采用单测头测厚仪或双测头测量。对于透明材料多采用单测头测量。

双测头测厚仪采用大理石或铸铁C型扫描架，单测头测厚仪采用π型龙门式扫描架。