คัลเลอริมิเตอร์กำหนดความแตกต่างของสีโดยการเปรียบเทียบคุณสมบัติการสะท้อนหรือการส่งผ่านของตัวอย่างมาตรฐานและตัวอย่างที่ทดสอบที่ความยาวคลื่นเฉพาะ โดยปกติจะใช้เครื่องตรวจจับตาแมวเพื่อรับสัญญาณแสงและแปลงเป็นสัญญาณดิจิตอลสำหรับการประมวลผลและวิเคราะห์
คัลเลอริมิเตอร์มักใช้พื้นที่สีที่กำหนดโดยคณะกรรมการแสงสว่างระหว่างประเทศ (CIE) เช่น CIE Lab, CIE Lch เป็นต้น ในพื้นที่สีเหล่านี้สีสามารถแสดงได้ด้วยพารามิเตอร์สามประการคือความสว่าง (L), เฉดสี (a, b หรือ h) และความอิ่มตัว (c หรือ s) คัลเลอริมิเตอร์คำนวณความแตกต่างของสีโดยการวัดความแตกต่างระหว่างพารามิเตอร์ทั้งสามนี้