Próbka jest umieszczona na wypoziomowanej powierzchni i światło laserowe pada na nią niemal pod kątem prostym. Próbkę stanowią przeźroczyste warstwy (np. polimeru) naniesione na podłoże odbijające światło (np. krzem). Całkowita energia światła padająca na detektor może być przybliżona jako suma energii dwóch wiązek, to znaczy wewnętrzne odbicie w przeźroczystej warstwie może zostać zaniedbane w pierwszym przybliżeniu. Do analizy brana jest wiązka (A) odbita od od powierzchni próbki i druga (B) odbita od powierzchni podłoża. Całkowita energia światła E, którą otrzymuje detektor może zostać przybliżona wzorem:

są współczynnikami załamania światła pomiędzy przyległymi warstwami (0 – otoczenie, 1 – warstwa, 2 – podłoże), n1 – współczynnik załamania światła warstwy i d1 – grubość warstwy, podczas gdy n2 – współczynnik załamania światła podłoża, λ – długość światła laserowego użyta w eksperymentach. W urządzeniu FR monitor zastosowany algorytm rozwiązuje  równania odbicia bez żadnych przybliżeń, co prowadzi do dokładniejszych wyników. Z równania 1 wynika, że sygnał w detektorze zależy od współczynnika załamania światła, grubości warstwy i długości światła laserowego. Każda zmiana we własnościach warstwy prowadzi do zmiany sygnału w detektorze i jest zapisywana na komputerze za pośrednictwem karty akwizycji danych. Rozpatrując warstwę o współczynniku załamania światła 1,5 oświetlaną światłem o długości 635 nm można zauważyć na podstawie równania 1, że sygnał detektora zmienia się okresowo wraz ze zmianą grubości warstwy o 211 nm. Po zmianie długości światła na 532 nm okres ten skrócił się do 177 nm umożliwiając dokładniejsze określenie małych zmian grubości lub współczynnika załamania. Analiza ilościowa zmian grubości jest ograniczona do zmian sygnałów wyjściowych większych niż połowa odpowiadającego okresu.