橢圓偏光法涉及橢圓偏振光在材料表面的反射。為表征反射光的特性，可分成兩個分量：P和S偏振態，P分量是指平行于入射面的線性偏振光，S分量是指垂直于入射面的線性偏振光。菲涅耳反射系數r描述了在一個界面入射光線的反射。P和S偏振態分量各自的菲涅耳反射系數r是各自的反射波振幅與入射波振幅的比值。大多情況下會有多個界面，回到最初入射媒介的光經過了多次反射和透射。總的反射系數Rp和Rs，由每個界面的菲涅耳反射系數決定。Rp和Rs定義為最終的反射波振幅與入射波振幅的比值。
是一種非接觸式、非破壞性的薄膜厚度、光學特性檢測技術。橢偏法測量的是電磁光波斜射入表面或兩種介質的界面時偏振態的變化。橢偏法只測量電磁光波的電場分量來確定偏振態，因為光與材料相互作用時，電場對電子的作用遠遠大于磁場的作用。
折射率和消光系數是表征材料光學特性的物理量，折射率是真空中的光速與材料中光的傳播速度的比值N=C/V；消光系數表征材料對光的吸收，對于透明的介電材料如二氧化硅，光完全不吸收，消光系數為0。N和K都是波長的函數，但與入射角度無關。
橢偏法通過測量偏振態的變化，結合一系列的方程和材料薄膜模型，可以計算出薄膜的厚度T、折射率N和吸收率（消光系數）K。