如图所示，AB为一根粗细均匀的电阻丝，它与滑线变阻器R_p及工作电源E、电源开关K₁组成的回路称作工作回路，由它提供稳定的工作电流I₀；由待测电源E_x、检流计G、电阻丝CD构成的回路CGE_xK₂D称为测量回路;由标准电源E_s、检流计G、电阻丝CD构成的回路CGE_sK₂D称为定标（或校准）回路。滑线变阻器R_p用来调节工作电流I₀的大小，电流I₀的变化可以改变电阻丝AB单位长度上电位差U₀的大小。C、D为AB上的两个活动接触点，可以在电阻丝上移动，以便从AB上取适当的电位差来与测量支路上的电位差（或电动势补偿）。

　　当电键K₁接通，K₂既不与E_x接通、又不与E_s接通时，流过AB的电流I₀和CD两端的电压分别为

　　式中r为电源E的内阻。当电键K₂倒向1时，则AB两点间接有标准电源E_s和检流计G。若U_CD>E_s时，标准电池充电，检流计的指针发生偏转；若U_CD<E_s时，标准电池放电，检流计的指针反向偏转；若U_CD=E_s时，检流计的指针指零，标准电池无电流流过，则U_CD就是标准电池的电动势，此时称电位差计达到了平衡。令C、D间长度为l_s，因为电阻丝各处粗细均匀、电阻率都相等，则电阻丝单位长度上的电压降为E_s/l_s。

　　电位差计分直流电位差计和交流电位差计。

　　1、直流电位差计用于测量直流电压，使用时调节标准电压的大小，以达到两个电压的补偿。交流电位差计用于测量工频到声频的正弦交流电压。两同频率正弦交流电压相等时，要求其幅值和相位均相等，因此交流电位差计的线路要复杂一些，并且至少有两个可调量。

　　2、交流电位差计在市场上只有用于工频的产品，其他频率的交流电位差计均需自行设计制作。 随着直流电流比较仪的理论和技术不断发展和完善，出现了准确度很高的直流电流比较仪式电位差计，其测量误差约为百万分之一数量级。

　　电位差计准确度高、使用方便，测量结果稳定可靠，其用途很广，配以标准电池、标准电阻等器具，不仅能在对准确度要求很高的场合测量电动势、电势差(电压)、电流、电阻等电学量，而且配合以各种换能器，还可用于温度、位移等非电量的测量和控制。当没有电流流过时，电池的正负极间的电势差等于电池的电动势。