便携式色差仪测定原理是通过测定参照样和试样的光谱三刺激值，即可定量测定出试样与参照样的颜色差异。色差仪通常采用的几何结构分为定向型和积分球型两种。其中定向型几何结构分为45°/0°和0°/45°两种，45°/0°指的是光在45°方向照射样品，检测器在垂直方向接受反射光；而0°/45°指的是光在垂直方向照射样品在45°方向接收反射光。这两种结构的仪器都是完全不包括镜面反射光的，它测得的数据与人眼观察一致，另外这种仪器只能测量不透明样品的颜色；积分球型几何结构分为d/8°和8°/d两种，积分球结构的仪器是光在水平方向照射样品，检测器在与样品成8°方向接收反射或透射光，这种仪器不仅能测量不透明样品的颜色还可以测量透明样品的颜色。
使用便携式色差仪测量时，要选择标准光源、标准色度观察者、颜色空间和观察孔径。在选定的仪器条件下测定参照样的色度坐标值CIELAB L*、a*、b*或HunterLab L、a、b，然后在同样的条件下测定试样三个不同部位的色度坐标值。定向型便携式色差仪如果是非圆环照明，则应对参照样和试样的同一测量点按照四个方位进行90°转动，测定四个色度坐标值，其算术平均值为该测量点的色度坐标值。
