積分球的基本原理是讓光源在球的中心發光，發出的光射到球內壁的涂層上產生漫反射，漫反射出來的光再經過漫反射，不斷循環直至整個球內表面的光通量一致，那么在球壁上安裝的探頭讀出的就是光源發出的光通量。但是，得到這個結果的前提是探頭與光源之間必須要有一塊涂有相同涂層的隔板擋住，避免光源發出的光直接照到探頭。
 

   實驗室的積分球是一個由鑄鐵構成的空心球狀物，內壁涂有一層白色的粗糙涂層，主要成分為硫酸鋇，主要用來產生漫反射，使整個球面的光強一致。球壁上有開孔，用來安裝探頭，探頭連到外置的一臺高精度快速光譜輻射計。現在實驗室用的積分球上裝有一個光學探頭。探頭可以進行測量采樣。光源與探頭之間裝有一塊涂有與球內壁相同涂層的擋板，除此之外球內還裝有用來安裝燈管的支架和安裝燈座的支架。球內光源的供電由外部的交流穩壓電源提供，同時接有一臺功率計對電參數進行監控。

   積分球光源系統是按照提供的均勻光譜輻照度設計的，可用于校準各種成像和非成像探測器。系統提供步進輸出或提供可變衰減器實現連續輸出，USS1200提供0-40000cd/m2的亮度輸出，USS2000提供0-18000cd/m2的亮度輸出。每個系統都監控cd/m2或foot-Lambert亮度輸出水平，校準可溯源至美國國家標準局（NIST）。12英寸、和20英寸的積分球涂層具有98%的高反射率，而且反射特性近乎標準的朗伯特性。反射層具有高穩定性，這些涂層能夠確保在球的壽命時間內保持一致的光學積分特性。