相位式激光測距儀是利用激光束進行幅度調制并測定調制光往返測線一次所產生的相位延遲，再根據調制光的波長，換算此相位延遲所代表的距離。即用間接方法測定出光經往返測線所需的時間。
相位式激光測距儀一般應用在精密測距中。由于其精度高，一般為毫米級，為了有效的反射信號，并使測定的目標限制在與儀器精度相稱的某一特定點上，對這種測距儀都配置了被稱為合作目標的反射鏡。
若調制光角頻率為ω，在待測量距離D上往返一次產生的相位延遲為φ，則對應時間t 可表示為：
t=φ/ω
將此關系代入（3-6）式距離D可表示為
D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)
=c/4f (N+ΔN)=U(N+)
式中：
φ——信號往返測線一次產生的總的相位延遲。
ω——調制信號的角頻率，ω=2πf。
U——單位長度，數值等于1/4調制波長
N——測線所包含調制半波長個數。
Δφ——信號往返測線一次產生相位延遲不足π部分。
ΔN——測線所包含調制波不足半波長的小數部分。
ΔN=φ/ω
在給定調制和標準大氣條件下，頻率c/(4πf)是一個常數，此時距離的測量變成了測線所包含半波長個數的測量和不足半波長的小數部分的測量即測N或φ，由于近代精密機械加工技術和無線電測相技術的發展，已使φ的測量達到很高的精度。
為了測得不足π的相角φ，可以通過不同的方法來進行測量，通常應用最多的是延遲測相和數字測相，短程激光測距儀均采用數字測相原理來求得φ。
由上所述一般情況下相位式激光測距儀使用連續發射帶調制信號的激光束，為了獲得測距高精度還需配置合作目標，而推出的手持式激光測距儀是脈沖式激光測距儀中又一新型測距儀，它不僅體積小、重量輕，還采用數字測相脈沖展寬細分技術，無需合作目標即可達到毫米級精度，測程已經超過100m，且能快速準確地直接顯示距離。是短程精度精密工程測量、房屋建筑面積測量中最新型的長度計量標準器具。現應用最多的是leica公司生產的DISTO系列手持式激光測距儀。