מנתח איכות מים משתמש בעיקר בשיטת מדידת אלקטרודות סלקטיבית ליונים כדי להשיג זיהוי מדויק. אלקטרודות על המכשיר: PH, פלואור, נתרן, אשלגן, סידן, מגנזיום ואלקטרודת ייחוס. לכל אלקטרודה יש ממברנה סלקטיבית ליונים, שתגיב עם היונים המתאימים בדגימה שתיבדק. הממברנה היא מחליף יונים, המגיב עם מטען היונים ומשנה את פוטנציאל הממברנה, כך שניתן לזהות את הפוטנציאל בין הנוזל, הדגימה והממברנה. שני הבדלי הפוטנציאל המתגלים משני צידי הממברנה יפיקו זרם. המדגם, אלקטרודת הייחוס ונוזל אלקטרודת הייחוס מהווים צד אחד של ה"לולאה", והממברנה, נוזל האלקטרודה הפנימית והאלקטרודה הפנימית הם הצד השני.

הפרש ריכוזי היונים בין נוזל האלקטרודה הפנימי לדגימה יפיק מתח אלקטרוכימי משני צידי הממברנה של האלקטרודה הפועלת. המתח מובל אל המגבר דרך האלקטרודה הפנימית בעלת מוליכות גבוהה, ואלקטרודת הייחוס מובלת גם אל מיקום המגבר. עקומת הכיול מתקבלת על ידי זיהוי תמיסה סטנדרטית עם ריכוז יונים ידוע מדויק, ובכך זיהוי ריכוז היונים בדגימה.
כאשר היונים הנמדדים בתמיסה יוצרים קשר עם האלקטרודה, נדידת יונים מתרחשת באקוויפר של מטריצת האלקטרודה הסלקטיבית ליונים. שינוי המטען של היונים הנודדים יוצר פוטנציאל חשמלי, אשר משנה את הפוטנציאל בין משטחי הממברנה ויוצר הפרש פוטנציאלים בין אלקטרודת המדידה לאלקטרודת הייחוס.
