Paprsek světla, které má interferovat, je vyslán ke sledovanému předmětu, kde se odrazí zrcadlem nebo koutovým odražečem. Do proběhnuté vzdálenosti tam a zpět se vejde určitý počet vlnových délek světla, který není obecně celým číslem. Odražené světlo od předmětu po návratu interferuje s vysílaným světlem.
Interference je sčítání okamžitých intenzit vysílaného a odraženého světla. Pozorujeme nebo měříme výslednou intenzitu, která má velikost mezi nulou a maximem podle fází obou složek světla. Posunutí fáze odraženého světla oproti fázi vysílaného světla se plynule mění při vzdalování nebo přibližování předmětu.
Intenzita světla obou paprsků se ovšem s časem mění sinusově s frekvencí řádu 1014 Hz. Tak vysokou frekvenci světelné energie dnešní elektronika není schopna snímat žádným fotoelektrickým čidlem, není schopna vlny přímo počítat a určit jejich vzájemné zpoždění. Jedině pozorování interference umožní zjistit změny jejich fází. Fázový posun paprsků se změní o 360° při změně dráhy paprsku o jednu vlnovou délku, tj. při posunu předmětu o polovinu vlnové délky. Výsledná intenzita světla se změní od nuly do maxima a zpět do nuly.
Použité světlo je monochromatické s jedinou vlnovou délkou, aby fázový posun při interferenci netrpěl snížením kontrastu, zejména při větších měřených vzdálenostech. Používá se světlo heliumneonového laseru s vlnovou délkou 633 nm, jehož frekvence je 4,7 x 1014 Hz.
Přesná znalost vlnové délky nebo s ní svázané frekvence a její časová a prostorová stabilita mají zásadní důležitost pro přesnost přepočtu počtu vlnových délek na posunutí předmětu. Stabilizuje se jednak délka trubice laseru, která se mění s teplotou, jednak se sleduje stav vzduchu, který má vliv na vlnovou délku světla procházejícího k předmětu a zpět.
Změnu intenzity dvou paprsků při interferenci lze sledovat, pokud jsou paprsky lineárně polarizovány ve shodném směru. Pro transformaci kruhové polarizace světla z laseru na lineární v potřebném směru a pro oddělování složek světla s odlišným směrem polarizace slouží polarizační optické hranoly, čtvrtvlnové a půlvlnové destičky a polarizační filtry. Nepolarizační hranoly odklánějí světlo bez vztahu ke směru polarizace.
Interference paprsku odraženého odrazným prvkem na sledovaném předmětu s paprskem přicházejícím z laseru se realizuje v interferometru. Interferometr obsahuje dělicí hranol, obvykle polarizační, který rozdělí paprsek laseru v poměru intenzit 1 : 1 na měřicí a referenční. Měřicí paprsek se odrazí odrazným prvkem předmětu, referenční paprsek se odrazí od odrazného prvku přiloženého k dělicímu hranolu. Frekvence světla referenčního paprsku je konstantní, frekvence světla odraženého měřicího paprsku je větší nebo menší o Dopplerovu frekvenci danou pohybem předmětu. Frekvence světla laseru je ( = 4,7 x 1014 Hz, Dopplerova frekvence je (D = 2 v/(. Rychlost předmětu je v, vlnová délka světla v měřicím prostředí je (.
U jednofrekvenčního laserového interferometru je frekvence referenčního paprsku stejná jako frekvence vysílaného měřicího paprsku. Jestliže předmět stojí, je Dopplerova frekvence (D nulová. Fázový posun obou paprsků v místě interference je konstantní a výsledná intenzita se nemění. Pohyb předmětu vyvolá změnu výsledné intenzity s Dopplerovou frekvencí. Intenzitu snímá fotoelektrická dioda.
Světlo laseru má dvě složky stejné frekvence s kruhovou polarizací v opačných směrech. Polarizační hranol interferometru složky rozdělí a změní kruhové polarizace na lineární navzájem kolmé. K interferenci dojde na polarizačním filtru natočeném o 45°, který z obou složek propustí části ve společném směru, jež mohou interferovat. Následuje snímací dioda.