L'appareil est constitué d'une cavité hyperfréquence. Sa fréquence de résonnance est fonction de sa dimension et de l'indice de réfraction.

Les variations de fréquence sont fonction des variations de l'indice de réfraction. où fr et nr sont obtenus au cours de l'étalonnage. Ensuite, on détermine un co-indice N. N = (n − 1) * 106. N est relié aux paramètres d'environnement par la formule : N = 77.6 / T(P + 4810 * e / T) où P est la pression exprimée en hPa, T la température absolue et e la tension de vapeur.

En ce qui concerne les rares appareils embarqués à bord d'aéronefs, les concepteurs ont du résoudre le très crucial problème de la variation de fréquence due à la déformation de la cavité due aux variations importantes de température atteignant facilement 80°. Un appareil de ce type a été développé au cours de la décennie 1990 par le CETP en collaboration avec le CERT.

L'humidité atmosphérique est un paramètre difficile à mesurer, en particulier à bord des avions où les variations de températures sont importantes. Les capteurs traditionnels ont en plus des temps de réponse peu compatibles aux besoins des mesures dédiées à la recherche, faites à bord d'avions. Le réfractomètre hyperfréquence est une excellente solution. Par principe, son temps de réponse est très court. Les paramètres pression et température sont faciles à appréhender. Mesurant N, on en déduit alors la tension de vapeur et donc l'humidité atmosphérique.

Des informations par des spécialistes peuvent être obtenues en consultant les sites rédigés par les chercheurs du Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD) de l'école polytechnique ou par ceux du Centre d'Etude des Environnements Terrestre et Planétaires (CETP).