L'élément essentiel du réfractomètre d'Abbe est le prisme réfractométrique P d'indice N dont la section droite est un triangle rectangle (A = 60°, B = 90° et C = 30°). Un second prisme identique DEF dit "prisme d'éclairage", mobile autour de D est placé contre le premier. On place quelques gouttes du liquide à étudier entre les deux prismes et on forme ainsi une lame de faible épaisseur d'indice n.
La lumière pénètre dans le prisme d'éclairage par la face DE. La face DF est finement dépolie et diffuse la lumière dans le liquide dans toute les directions. Quand la lumière passe de la lame liquide au prisme P, les angles d'incidence et d'émergence sont liés par la relation n.sin(i) = N.sin(r). L'angle d'émergence maximum est donc λ = Arcsin(n / N) et correspond aux rayons qui arrivent dans la lame sous l'incidence rasante. Un tel rayon arrive sur la face AB avec une incidence i = 60° − λ et émerge dans l'air avec l'incidence r₂ = Arcsin[N.sin(i)]. Tous les rayons qui émergent de la face AB ont une incidence supérieure à r₂.

Il est possible de faire tourner l'ensemble des deux prismes autour de l'axe O. Soit φ la valeur de l'angle entre la direction BC et l'horizontale. Une lunette de visée (en vert) réglée sur l'infini permet d'examiner la lumière issue de la face AB. Le champ de l'oculaire de la lunette est éclairé uniquement par les rayons qui émergent de la face AB avec une incidence supérieure à r₂.
Sachant que dans le programme l'axe de la lunette est incliné de 45° sur l'horizontale montrer que lorsque la limite entre la partie éclairée et la partie sombre est dans l'axe de la lunette, on a alors φ = r₂ + 45°.

La valeur de l'indice étant fonction de longueur d'onde, il faut utiliser une lumière monochromatique. En général on utilise la radiation D du sodium (589 nm).
Il existe des appareils munis d'un prisme compensateur interposé entre le prisme réfractométrique et la lunette qui permettent de travailler en lumière blanche. Dans ce cas la valeur mesurée correspond à la raie D.

Utilisation :
Le bouton [Nouveau] permet de choisir une valeur aléatoire de n.
Le curseur permet de faire tourner les prismes.
L'éclairage est très schématisé.
L'épaisseur de la lame liquide (en cyan) a été exagérée pour améliorer la lisibilité du schéma.
En bas à droite figure la vue de l'oculaire.
Le rayon tracé en rouge correspond au rayon limite passant par O. Il n'est tracé que pour indiquer la direction des rayons limites.
Agir sur le curseur pour amener la limite entre la zone éclairée et la zone sombre en coïncidence avec le trait rouge de l'oculaire. En déduire r₂ (en vert) puis i, λ (en gris) et enfin n.
On donne N = 1,700.

Réfractomètre d'Abbe.

Le prisme d'éclairage est ouvert pour montrer le second prisme et la zone ou l'on place le liquide à étudier.
Noter les olives pour les tuyaux qui sont à relier au circuit du thermostat utilisé pour la régulation de la température de l'échantillon.

Dans ce modèle, le prisme d'Abbe est fixe et le réglage est effectué en tournant un prisme de renvoi qui renvoie la lumière vers la lunette de visée. La vis de commande est visible à droite du support de la lunette.
Les réfractomètres modernes sont automatisés et affichent directement la valeur de l'indice.