一個任意多端口網絡的各端口終端均匹配時，由第n個端口輸入的入射行波 an將散射到其余一切端口并 發射出去。若第m個端口的出射行波為bm,則n口與m口之間的散射參數Smn=bm/an。一個雙口網絡共有四個散射參數 S11、S21、S12和S22。當兩個終端均匹配時，S11和S22就分別是端口1和2的反射系網絡分析儀數,S21是由1口至2口的傳輸系數，S12則是反方向的傳輸系數。當某一端口m終端失配時,由終端反射回來的行波又重新進入m口。這可以等效地看成是m口仍是匹配的，但有一個行波am入射到m口。在任意情況下都可以列出各口等效入射、出射行波與散射參數之間關系的聯立方程組。據此可以解出網絡的一切特性參數,如終端失配時的輸入端反射系數、電壓駐波比、輸入阻抗以及各種正向反向傳輸系數等。這就是網絡分析儀的基本的工作原理。
單端口網絡可視為雙口網絡的特例，在其中除S11之外，恒有S21=S12=S22。對于多端口網絡,除了一個輸入和一個輸出端口之外,可在其余一切端口都接上匹配負載，從而等效為一個雙端口網絡。輪流選擇各對端口作為等效雙口網絡的輸入、輸出端，進行一系列測量并列出相應的方程,即可解得n端口網絡的全部n2個散射參數,從而求出n端口網絡的一切特性參數。
四端口網絡分析儀測量S11時測試單元的原理示意，箭頭表示各行波的路徑。信號源u輸出信號經開關S1和定向耦合器D2輸入到被測網絡的端口1，這就是入射波a1。端口1的反射波(即1口的出射波b1)經定向耦合器 D2和開關傳到接收機的測量通道。信號源u的輸出同時經定向耦合器D1傳到接收機的參考通道，這個信號是正比于a1的。于是雙通道幅度-相位接收機就測出b1/a1，即測出S11,包括其幅值和相位(或實部和虛部)。測量時,網絡的端口2接上匹配負載R1，以滿足散射參數所規定的條件。系統中的另一個定向耦合器D3也終接匹配負載R2,以免產生不良影響。其余三個S 參數的測量原理與此類同。圖右為測量不同Smn參數時各開關應放置的位置。
在實際測量之前，先用三個阻抗已知的標準器(例如一個短路、一個開路和一個匹配負載)供儀器進行一系列測量，稱為校準測量。由實測結果與理想(無儀器誤差時)應有的結果比對，可通過計算求出誤差模型中的各誤差因子并存入計算機中，以便對被測件的測量結果進行誤差修正。在每一頻率點上都按此進行校準和修正。測量步驟和計算都十分復雜，非人工所能勝任。
上述網絡分析儀稱為四端口網絡分析儀，因為儀器有四個端口，分別接到信號源、被測件、測量通道和測量的參考通道。它的缺點是接收機的結構復雜，誤差模型中并未包括接收機所產生的誤差。
