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目前测距仪品种和型号繁多，但其测距原理基本相同，分为脉冲式和相位式两种。
如图5-5所示。脉冲式光电测距仪是通过直接测定光脉冲在待测距离两点间往返传播的时间 t ，来测定测站至目标的距离 D 。用测距仪测定两点间的距离 D ，在 A 点安置光电测距仪，在 B 点安置反射棱镜。由测距仪发射的光脉冲，经过距离 D 到达反射棱镜，再反射回仪器接收系统，所需时间为 t ，则距离 D 即可按下式求得。
图5-5 脉冲式光电测距原理
（5-1）
式中， C 为光波在大气中的传播速度，根据物理学的基本公式有
（5-2）
式中， C 0 为光波在真空中的传播速度，为一常数， C 0 =（299792458±1.2）m/s； n 为大气的折射率，是温度、湿度、气压和工作波长的函数，即 n = f （ t 1 ， e 1 ， p 1 ， λ ）。因而有
（5-3）
由上式可看出，在能精确测定大气折射率 n 的条件下，光电测距仪的精度取决于测定光波的往返传播时间的精确度。由于精确测定光波的往返传播时间较困难，因此脉冲式测距仪的精度难以提高，目前市场上计时脉冲测距仪多为厘米级精度范围，要提高精度，必须采用相位式光电测距仪测距。
相位式光电测距仪是通过光源发出连续的调制光，通过往返传播产生相位差，间接计算出传播时间，从而计算距离。
红外测距仪以砷化镓（GaAs）发光二极管作为光源。若给砷化镓发光二极管注入一定的恒定电流。它发出的红外光，其光强恒定不变；若改变注入电流的大小，砷化镓发光二极管发射的光强也随之变化，注入电流大，光强就强，注入电流小，光强就弱。若在发光二极管上注入的是频率为 f 的交变电流，则其光强也按频率 f 发生变化，这种光称为调制光。相位法测距发出的光就是连续的调制光。
调制光波在待测距离上往返传播，其光强变化一个整周期的相位差为2π，将仪器从 A 点发出的光波在测距方向上展开，如图5-6所示，显然，返回 A 点时的相位比发射时延迟了 φ 角，其中包含了 N 个整周（2π N ）和不足一个整周的尾数Δ φ ，即
（5-4）
图5-6 相位式光电测距原理
若调制光波的频率为
f
，波长为
，则有
（5-5）
将式（5-4）代入式（5-5），可得
（5-6）
将式（5-6）代入式（5-1），得
（5-7）
与钢尺量距公式相比，若把 λ /2视为整尺长，则 N 为整尺段数，（ λ /2）[Δ φ /（2π）]为不足一个整尺的余数，所以通常就把 λ /2称为“光尺”长度。
由于测距仪的测相装置只能测定不足一个整周期的相位差Δ φ ，不能测出整周数 N 的值，因此只有当光尺长度大于待测距离时，此时 N =0，距离方可以确定，否则就存在多值解的问题。换句话说，测程与光尺长度有关。要想使仪器具有较大的测程，就应选用较长的“光尺”。例如用10m的“光尺”，只能测定小于10m的数据；若用1000m的“光尺”，则能测定小于1000m的距离。但是，由于仪器存在测相误差，它与“光尺”长度成正比，约为1/1000的光尺长度，因此“光尺”长度越长，测距误差就越大。10m的“光尺”测距误差为±10mm，而1000m的“光尺”测距误差则达到±1m。为解决测程产生的误差问题，目前多采用两把“光尺”配合使用。一把的调制频率为15MHz，“光尺”长度为10m，用来确定分米、厘米、毫米位数，以保证测距精度，称为“精尺”；一把的调制频率为150kHz，“光尺”长度为1000m，用来确定米、十米、百米位数，以满足测程要求，称为“粗尺”。把两尺所测数值组合起来，即可直接显示精确的测距数字。