測定旋光的儀器稱為旋光計，它由單色光源、偏光鏡、測量管、分析鏡和檢測裝置所組成。由光源發出的單色光經過偏光鏡（常用尼科爾棱鏡）產生面偏振光，然后通過測量管，照到分析鏡上。
分析鏡為另一偏光鏡，可在軸心方向轉動。當測量管內不含樣品時，通過分析鏡的光強度由偏光鏡與分析鏡偏振面的交角而定。交角為零度時則全部通過，而當二者成90°角時，則無光線通過，在分析鏡上的檢測裝置視野中將為全暗。此時，如果在測量管中裝上光學活性物質的溶液時，由于偏振光被旋轉，從測量管透過的光與分析鏡偏振面的交角不再為90°，因此有部分光線通過，在檢測器視野中將看到光亮。
將分析鏡旋轉,又可使視野中變為全暗,此時偏振光與分析鏡的偏振面又為直角相交。分析鏡旋轉的角度可由刻度盤上讀出，此讀數即樣品的旋光度。為了便于觀察，儀器中常裝有半蔭器，將視野分為兩個半圓，測量時將分析鏡調節至兩個半圓內的光亮度相等時作為終點。新式的儀器則使用光電管或其他裝置，將光強度轉為電信號后測量，或自動顯示出旋光度讀數，消除了人為的誤差，提高了準確度。