Analizatori kvaliteta vode prvenstveno koriste ion-selektivno mjerenje elektroda za preciznu detekciju. Instrument uključuje elektrode za pH, fluor, natrijum, kalij, kalcijum, magnezijum i referentnu elektrodu. Svaka elektroda ima ion-selektivnu membranu koja reaguje sa odgovarajućim ionima u uzorku. Membrana djeluje kao izmjenjivač jona; reakcija s ionskim nabojem mijenja membranski potencijal, omogućavajući detekciju potencijala između otopine, uzorka i membrane. Razlika potencijala između dvije otkrivene strane membrane stvara struju. Uzorak, referentna elektroda i otopina referentne elektrode formiraju jednu "petlju", dok membrana, otopina unutrašnje elektrode i unutrašnja elektroda čine drugu.
Razlika u koncentraciji jona između unutrašnjeg rastvora elektrode i uzorka stvara elektrohemijski napon na membrani radne elektrode. Ovaj napon se prenosi na pojačalo preko visoko provodljive unutrašnje elektrode, a na sličan način je i referentna elektroda spojena na pojačalo. Kalibraciona kriva se dobija mjerenjem standardne otopine s precizno poznatom koncentracijom jona, čime se određuje koncentracija jona u uzorku.
Kada joni analita u rastvoru dođu u kontakt sa elektrodom, dolazi do migracije jona unutar vodonosnog sloja ionsko selektivne matrice elektrode. Promjena naboja migrirajućih jona stvara potencijal, koji zauzvrat uzrokuje promjenu potencijala između površina membrane, stvarajući razliku potencijala između mjerne elektrode i referentne elektrode.
