积分球的基本原理是让光源在球的中心发光，发出的光射到球内壁的涂层上产生漫反射，漫反射出来的光再经过漫反射，不断循环直至整个球内表面的光通量一致，那么在球壁上安装的探头读出的就是光源发出的光通量。但是，得到这个结果的前提是探头与光源之间必须要有一块涂有相同涂层的隔板挡住，避免光源发出的光直接照到探头。
实验室的积分球是一个由铸铁构成的空心球状物，内壁涂有一层白色的粗糙涂层，主要成分为硫酸钡，主要用来产生漫反射，使整个球面的光强一致。球壁上有开孔，用来安装探头，探头连到外置的一台高精度快速光谱辐射计。现在实验室用的积分球上装有一个光学探头。探头可以进行测量采样。光源与探头之间装有一块涂有与球内壁相同涂层的挡板，除此之外球内还装有用来安装灯管的支架和安装灯座的支架。球内光源的供电由外部的交流稳压电源提供，同时接有一台功率计对电参数进行监控。
积分球光源系统是按照提供的均匀光谱辐照度设计的，可用于校准各种成像和非成像探测器。系统提供步进输出或提供可变衰减器实现连续输出，USS1200提供0-40000cd/m2的亮度输出，USS2000提供0-18000cd/m2的亮度输出。每个系统都监控cd/m2或foot-Lambert亮度输出水平，校准可溯源至美国国家标准局（NIST）。12英寸、和20英寸的积分球涂层具有98%的高反射率，而且反射特性近乎标准的朗伯特性。反射层具有高稳定性，这些涂层能够确保在球的寿命时间内保持一致的光学积分特性。
