應用阿基米德原理—氣體膨脹置換法，利用小分子直徑的惰性氣體（He）在一定條件下的玻義爾-馬略特定律（PV=nRT），通過測定由于樣品測試腔放入樣品所引起的樣品測試腔氣體容量的減少來精測定樣品的真實體積，從而得到其真密度，真密度=質量/真實體積。

氣體膨脹置換法是以氣體取代液體測定樣品所排出的體積。此法排除了浸液法對樣品溶解的可能性，具有不損壞樣品的優點。因為氣體能深入樣品中極小的孔隙和表面的不規則空陷，因此測出的樣品體積更接近樣品的真實體積，從而可以用來計算樣品的密度，測試值也更接近樣品的真實密度。

儀器的測試系統由樣品測試腔和基準腔構成。測定樣品真密度時，儀器自動采集基準腔的壓力P₁及體積V₁并記錄；將一定未知體積的樣品V樣品放入已知體積V₂的樣品測試腔，向樣品測試腔注入一定量的氣體并記錄穩定后的壓力P₂；將樣品測試腔與基準腔連通并記錄穩定后的壓力P₃，根據平衡穩定后的壓力值和相關已知的體積V₁、V₂即可計算出待測的樣品體積V樣品，再由樣品的質量和體積計算出樣品的真密度。