pH 计的精准测量能力，得益于其核心组件 pH 敏感电极、参比电极以及电路系统的协同运作。
pH 敏感电极的玻璃膜具有特殊的选择性透过性能。玻璃膜主要成分是二氧化硅，经过特殊处理后，表面形成水化层。当电极浸入溶液，溶液中的氢离子与水化层的氢离子进行离子交换。这种交换并非简单的静态过程，而是基于浓度差的动态平衡。溶液中氢离子浓度越高，更多氢离子进入水化层，导致玻璃膜内侧和外侧的电荷分布改变，产生电位差。这一电位差与溶液氢离子活度相关，是 pH 计测量的原始信号来源。
参比电极的作用是提供稳定的电位参考。以银 - 氯化银参比电极为例，其内部包含银丝、氯化银和氯化钾溶液。银丝表面镀有氯化银，浸入氯化钾溶液后，发生电极反应形成稳定电位。在测量时，参比电极通过盐桥与待测溶液相连，盐桥保持离子通路，同时防止溶液混合。参比电极稳定的电位如同 “锚点”，使 pH 计能够准确测量 pH 敏感电极的电位变化，从而获取两者之间的电位差。
pH 计的电路系统负责信号处理与转换。测量得到的电位差首先经过放大电路，增强微弱的电信号，以便后续处理。然后，信号进入模数转换模块，将模拟电信号转换为数字信号，便于计算机或微处理器进行计算。微处理器依据能斯特方程，结合校准参数，将数字信号转换为对应的 pH 值。最后，通过显示屏将 pH 值直观呈现给使用者。
在实际应用中，不同类型的 pH 计在原理基础上进行优化和改进。便携式 pH 计注重小型化和低功耗，采用更轻便的电极和节能电路；实验室高精度 pH 计则追求更高的测量准确性，配备更稳定的电极和更精密的电路系统。但无论何种类型，其核心测量原理始终围绕 pH 敏感电极、参比电极的协同以及能斯特方程的应用，为各领域提供可靠的溶液酸碱度测量数据。