Analizatori kvalitete vode prvenstveno upotrebljavaju mjerenje ion-selektivne elektrode za točnu detekciju. Instrument uključuje elektrode za pH, fluorid, natrij, kalij, kalcij, magnezij i referentnu elektrodu. Svaka elektroda ima ion-selektivnu membranu koja reagira s odgovarajućim ionima u uzorku. Membrana djeluje kao ionski izmjenjivač; reakcija s ionskim nabojima mijenja potencijal membrane, omogućujući detekciju potencijala između otopine, uzorka i membrane. Razlika potencijala između dvije detektirane strane membrane stvara struju. Uzorak, referentna elektroda i otopina referentne elektrode čine jednu "petlju", dok membrana, otopina unutarnje elektrode i unutarnja elektroda čine drugu.
Razlika u koncentraciji iona između otopine unutarnje elektrode i uzorka stvara elektrokemijski napon preko membrane radne elektrode. Ovaj napon se prenosi na pojačalo preko visoko vodljive unutarnje elektrode, a slično je i referentna elektroda spojena na pojačalo. Kalibracijska krivulja dobiva se mjerenjem standardne otopine s točno poznatom koncentracijom iona, čime se određuje koncentracija iona u uzorku.
Kada ioni analita u otopini dođu u dodir s elektrodom, dolazi do migracije iona unutar vodonosnika matrice ion-selektivne elektrode. Promjena naboja migrirajućih iona stvara potencijal, koji zauzvrat uzrokuje promjenu potencijala između površina membrane, stvarajući razliku potencijala između mjerne elektrode i referentne elektrode.
