Veekvaliteedi analüsaatorid kasutavad täpseks tuvastamiseks peamiselt ioon-selektiivset elektroodide mõõtmist. Seade sisaldab pH, fluoriidi, naatriumi, kaaliumi, kaltsiumi, magneesiumi ja võrdluselektroodi elektroode. Igal elektroodil on ioonselektiivne membraan, mis reageerib proovis olevate vastavate ioonidega. Membraan toimib ioonivahetina; reaktsioon ioonlaengutega muudab membraanipotentsiaali, võimaldades tuvastada potentsiaali lahuse, proovi ja membraani vahel. Membraani kahe tuvastatud külje potentsiaalide erinevus tekitab voolu. Proov, võrdluselektrood ja võrdluselektroodi lahus moodustavad ühe "silmuse", samas kui membraan, siseelektroodi lahus ja sisemine elektrood moodustavad teise.
Ioonide kontsentratsiooni erinevus sisemise elektroodi lahuse ja proovi vahel tekitab elektrokeemilise pinge üle tööelektroodi membraani. See pinge edastatakse võimendile kõrge juhtivusega siseelektroodi kaudu ja sarnaselt on võimendiga ühendatud ka võrdluselektrood. Kalibreerimiskõver saadakse täpse teadaoleva ioonikontsentratsiooniga standardlahuse mõõtmisel, millega määratakse ioonide kontsentratsioon proovis.
Kui lahuses olevad analüüdioonid puutuvad kokku elektroodiga, toimub ioonide migratsioon ioon-selektiivse elektroodi maatriksi põhjaveekihis. Migreerivate ioonide laengu muutus tekitab potentsiaali, mis omakorda põhjustab potentsiaali muutuse membraani pindade vahel, tekitades potentsiaalide erinevuse mõõteelektroodi ja võrdluselektroodi vahel.
