粗糙度輪廓儀的測量原理根據其類型主要分為以下兩種：
1. 接觸式粗糙度輪廓儀：
原理：使用鋼制或金屬制的探針，在一定的壓力下，對工件表面進行掃描。當探針在被測表面移動時，觸針會隨著表面的微觀起伏而上下移動，這種位移變化通過傳感器轉化為電信號。電信號經過放大、運算處理等步驟后，再轉換成數字信號儲存在計算機系統中。計算機對原始表面輪廓進行數字濾波，分離掉表面粗糙度成分后進行計算，最終得出符合某種曲線的實際值及其離基準點的坐標，或者得到放大的實際輪廓曲線。
舉例：比如常用的SJ5730高精度探針式輪廓儀，通過上述過程可測量出軸承內外側等零件的表面粗糙度和輪廓。
2. 光學式粗糙度輪廓儀（如白光干涉儀）：
原理：利用干涉原理測量光程之差從而測定有關物理量。兩束相干光間光程差的任何變化會靈敏地導致干涉條紋的移動，而某一束相干光的光程變化是由它所通過的幾何路程或介質折射率的變化引起。所以通過干涉條紋的移動變化可測量幾何長度或折射率的微小改變量，以此來獲得被測表面的形貌信息，進而測得表面的粗糙度。

舉例：SuperView W1光學3D表面輪廓儀（白光干涉儀）可用于評估物體表面的粗糙度。