Vedenlaadun analysaattorit käyttävät ensisijaisesti ioni{0}}selektiivistä elektrodimittausta tarkkaan havaitsemiseen. Laite sisältää elektrodit pH:lle, fluorille, natriumille, kaliumille, kalsiumille, magnesiumille ja vertailuelektrodin. Jokaisessa elektrodissa on ioni-selektiivinen kalvo, joka reagoi näytteen vastaavien ionien kanssa. Kalvo toimii ioninvaihtajana; reaktio ionivarausten kanssa muuttaa kalvopotentiaalia, mikä mahdollistaa potentiaalin havaitsemisen liuoksen, näytteen ja kalvon välillä. Potentiaaliero kalvon kahden havaitun puolen välillä synnyttää virran. Näyte, vertailuelektrodi ja vertailuelektrodiliuos muodostavat yhden "silmukan", kun taas kalvo, sisäinen elektrodiliuos ja sisäinen elektrodi muodostavat toisen.
Ionikonsentraatioero sisäisen elektrodiliuoksen ja näytteen välillä synnyttää sähkökemiallisen jännitteen työelektrodin kalvon yli. Tämä jännite välittyy vahvistimeen erittäin johtavan sisäisen elektrodin kautta, ja vastaavasti myös vertailuelektrodi on kytketty vahvistimeen. Kalibrointikäyrä saadaan mittaamalla standardiliuosta, jonka ionikonsentraatio on tarkka tiedossa, ja siten määrittää näytteen ionipitoisuus.
Kun liuoksessa olevat analyytti-ionit joutuvat kosketuksiin elektrodin kanssa, ionien kulkeutuminen tapahtuu ioni-selektiivisen elektrodimatriisin pohjavesikerroksessa. Vaeltavien ionien varauksen muutos synnyttää potentiaalin, joka puolestaan aiheuttaa muutoksen potentiaalissa kalvopintojen välillä, jolloin syntyy potentiaaliero mittauselektrodin ja vertailuelektrodin välille.
