双光束显微镜法使用的仪器主要用于测量表面粗糙度。也可用于测量透明和半透明覆盖层的厚度，特别是铝上的阳极氧化膜。

仪器的工作原理是，将一束以45°入射角照射到覆盖层表面，光束的一部分从覆盖层表面反射回来。另一部分穿透覆盖层并从覆盖层—基体的界面上反射回来。从显微镜的目镜中可以看到两个分离的图像，其距离与覆盖层的厚度成正比，并且可以用调整刻度标尺控制旋钮的方法对距离进行测量。

只有当镀层—基体界面上有足够的光线被反射回来，在显微镜内得到清晰的图像时，才能使用本方法。

对于透明或半透明的覆盖层，例如阳极氧化膜，本方法是无损的。为了测量不透明覆盖层的厚度，必须去掉一小块覆盖层，使覆盖层表面和基体之间形成一个能对光束产生折射的台阶，因此才能测量出覆盖层厚度的绝对值。在这种情况下，该方法属于破坏性测试法。

双光束显微镜法的测量误差通常小于10%。