Goniometr składa się z trzech podstawowych  elementów : kolimatora, elementu dyfrakcyjnego oraz teleskopu. Badany  strumień świetlny przechodzi przez wąską szczelinę na soczewce  kolimatora. Światło wychodzące z kolimatora ma postać wąskiej  równoległej wiązki. Następnie pada ona na element dyfrakcyjny, który  rozprasza wiązkę na fale o  częstotliwościach zależnych od kąta padania.  Daną wiązkę należy skierować do teleskopu (po precyzyjnym pomiarze  pozycji kątowej) a następnie ustawić ostrość i kąt teleskopu dla  obserwacji danej barwy. Jeżeli znane są parametry elementu dyfrakcyjnego  można ustalić jakie częstotliwości występują w danym strumieniu  świetlnym.