光時域反射儀會打入一連串的光突波進入光纖來檢驗。檢驗的方式是由打入突波的同一側接收光訊號，因為打入的訊號遇到不同折射率的介質會散射及反射回來。反射回來的光訊號強度會被量測到，并且是時間的函數，因此可以將之轉算成光纖的長度。 光時域反射儀可以用來量測光纖的長度、衰減，包括光纖的熔接處及轉接處皆可量測。在光纖斷掉時也可以用來量測中斷點。
OTDR動態范圍的大小對測量精度的影響初始背向散射電平與噪聲低電平的DB差值被定義為OTDR的動態范圍。其中，背向散射電平初始點是入射光信號的電平值，而噪聲低電平為背向散射信號為不可見信號。動態范圍的大小決定OTDR可測光纖的距離。當背向散射信號的電平低于OTDR噪聲時，它就成為不可見信號。
隨著光纖熔接技術的發展，人們可以將光纖接頭的損耗控制在0.1DB以下，為實現對整條光纖的所有小損耗的光纖接頭進行有效觀測，人們需要大動態范圍的OTDR。增大OTDR 動態范圍主要有兩個途徑：增加初始背向散射電平和降低噪聲低電平。影響初始背向散射電平的因素是光的脈沖寬度。影響噪聲低電平的因素是掃描平均時間。 多數的型號OTDR允許用戶選擇注入被測光纖的光脈沖寬度參數。在幅度相同的情況下，較寬脈沖會產生較大的反射信號，即產生較高的背向散射電平，也就是說，光脈沖寬度越大，OTDR的動態范圍越大。
OTDR向被測的光纖反復發送脈沖，并將每次掃描的曲線平均得到結果曲線，這樣，接收器的隨機噪聲就會隨著平均時間的加長而得到抑制。在OTDR的顯示曲線上體現為噪聲電平隨平均時間的增長而下降，于是，動態范圍會隨平均時間的增大而加大。在*初的平均時間內，動態范圍性能的改善顯著，在接下來的平均時間內，動態范圍性能的改善顯著，在接下來的平均時間內，動態范圍性能的改善會逐漸變緩，也就是說，平均時間越長，OT DR的動態范圍就越大。
從發射信號到返回信號所用的時間，再確定光在玻璃物質中的速度，就可以計算出距離。以下的公式就說明了OTDR是如何測量距離的。
d=(c×t)/2(IOR)
在這個公式里，c是光在真空中的速度，而t是信號發射后到接收到信號（雙程）的總時間（兩值相乘除以2后就是單程的距離）。因為光在玻璃中要比在真空中的速度慢，所以為了**地測量距離，被測的光纖必須要指明折射率（IOR）。IOR是由光纖生產商來標明。
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