相位式光电测距仪是一种间接测定时间的光电测距仪，通常用于高精度的测量。基本原理是由光源发出的光通过调制器后，成为光强随高频信号变化的调制光。通过测量调制光在待测距离上往返传播的相位差φ来解算距离。
由光源所发出的光波（红外光或激光），进入调制器后，被来自主控振荡器（简称主振）的高频测距信号所调制，成为调幅波。这种调幅波经外光路进入接收器，会聚在光电器件上，光信号立即转化为电信号。这个电信号就是调幅波往返于测线后经过解调的高颇测距信号，它的相位已延迟了。
这个高频测距信号与来自本机振荡器（简称本振）的高频信号经测距信号混频器进行光电混频，经过选频放大后得到一个低频测距信号，用表示。仍保留了高频测距信号原有的相位延迟。为了进行比相，主振高频测距信号的一部分称为参考信号与本振高频信号同时送入参考信号混频器，经过选频放大后，得到可作为比相基准的低频参考信号，表示，由于没有经过往返测线的路程，所以不存在象中产生的那一相位延迟。因此，和同时送人相位器采用数字测相技术进行相位比较，在显示器上将显示出测距信号往返于测线的相位延迟结果。
当采用一个测尺频率时，显示器上就只有不足一周的相位差所相应的测距尾数，超过一周的整周数所相应的测距整尺数就无法知道，为此，相位式测距仪的主振和本振二个部件中还包含一组粗测尺的振荡频率，即主振频率和本振频率。如前所述，若用粗测尺频率进行同样的测量，把精测尺与一组粗测尺的结果组合起来，就能得到整个待测距离的数值了。这就是相位式光电测距仪的工作原理。