雙光束顯微鏡法使用的儀器主要用于測量表面粗糙度。也可用于測量透明和半透明覆蓋層的厚度，特別是鋁上的陽極氧化膜。

儀器的工作原理是，將一束以45°入射角照射到覆蓋層表面，光束的一部分從覆蓋層表面反射回來。另一部分穿透覆蓋層并從覆蓋層—基體的界面上反射回來。從顯微鏡的目鏡中可以看到兩個分離的圖像，其距離與覆蓋層的厚度成正比，并且可以用調整刻度標尺控制旋鈕的方法對距離進行測量。

只有當鍍層—基體界面上有足夠的光線被反射回來，在顯微鏡內得到清晰的圖像時，才能使用本方法。

對于透明或半透明的覆蓋層，例如陽極氧化膜，本方法是無損的。為了測量不透明覆蓋層的厚度，必須去掉一小塊覆蓋層，使覆蓋層表面和基體之間形成一個能對光束產生折射的臺階，因此才能測量出覆蓋層厚度的絕對值。在這種情況下，該方法屬于破壞性測試法。

雙光束顯微鏡法的測量誤差通常小于10%。