近红外水分仪是根据近红外波长会被水分子吸收的原理，分析某特定波长的近红外能量变化。
水分子不是静止的：当遇到特定的能量带时，它们会振动。水分子中两个氢原子与氧原子的键会伸展、收缩、或以其它形态扭曲。需要外来的能量引起这些振动，需要的能量遍及整个电磁光谱的特定波段。在整个光谱的不同部位，有一些吸收波段十分强烈，有一些十分微弱。在光谱的近红外部位，该部分波段对于水分子特别强烈，同时仪器在发射、过滤和接收这能量方面更容易实现。使用介可视近红外光能量的特定波长，以提供适量的能量给被测产品中的水分。一般用以测量水分的波长保持在1至2.5微米范围。
特定波长能量被吸收的多少，取决于近红外能量束所遇到的水分子多少和在该特定波长的吸收强度。能量束所遇到的水分子数量是与所测物质中水分成正比。同时因为水分仪是反射比的形式，测量的光束亦被受测物质的反射和吸收特性所影响。