测量原理是存在甲醇和碱的情况下，水按下列化学反应式与碘和二氧化硫发生反应。反应过程中，1摩尔碘和1摩尔水当量反应，通过消耗的碘计算出样品的水含量，反应方程式如下：

根据反应中碘单质来源不同分为卡氏容量法水分测定仪和卡氏库仑法水分测定仪。这两种仪器结构相似，均由反应池、搅拌装置、检测器以及放大显示电路等装置组成。

卡氏容量法水分测定仪根据滴定过程中消耗含碘滴定剂的量计算出样品中的水含量。其滴定剂被称为卡尔·费歇尔试剂，一般将样品溶于甲醇置于反应池中，以卡尔·费歇尔试剂滴定至水全部反应完毕。此时，反应池中过量的碘单质与碘离子电对在测量电极上反应产生电流，滴定终止。

卡氏库仑法水分测定仪的反应池也叫电解池，分为阳极室和阴极室。阳极室电解含碘离子的电解液产生的碘单质，在阴极室中与样品中的水分发生反应，反应结束时，阴极室的测量电极产生突变电流，阳极电解终止，根据法拉第电解定律计算出样品中的水含量。

卡氏水分测定仪主要用于各种气体、液体以及固体水分含量的测定。如在石油化工中用于测定原油、汽油及机油等的水分含量；在食品饮料中用于测定奶粉、面粉、啤酒等中水分的含量；在化妆品行业用于测定洗面奶、护肤霜、牙膏等水分的含量。