衍射光柵是光柵光譜儀的核心色散器件。它是在一塊平整的玻璃或金屬材料表面（可以是平面或凹面）刻畫出一系列平行、等距的刻線，然后在整個表面鍍上高反射的金屬膜或介質膜，就構成一塊反射試驗射光柵。相鄰刻線的間距d稱為光柵常數，通常刻線密度為每毫米數百至數十萬條，刻線方向與光譜儀狹縫平行。入射光經光柵衍射后，相鄰刻線產生的光程差。光柵方程將某波長的衍射角和入射角通過光柵常數d起來， 為入射光波長，m為衍射級次，取 等整數。式中的“ ”號選取規則為：入射角和衍射角在光柵法線的同側時取正號，在法線兩側時取負號。如果入射光為正入射 ，光柵方程變為 。衍射角度隨波長的變化關系，稱為光柵的角色散特性，當入射角給定時，可以由光柵方程導出，復色入射光進入狹縫S1后，經M2變成復色平行光照射到光柵G上，經光柵色散后，形成不同波長的平行光束并以不同的衍射角度出射，M2將照射到它上面的某一波長的光聚焦在出射狹縫S2上，再由S2后面的電光探測器記錄該波長的光強度。光柵G安裝在一個轉臺上，當光柵旋轉時，就將不同波長的光信號依次聚焦到出射狹縫上，光電探測器記錄不同光柵旋轉角度（不同的角度代表不同的波長）時的輸出光信號強度，即記錄了光譜。這種光譜儀通過輸出狹縫選擇特定的波長進行記錄，稱為光柵單色儀。

    在使用光柵光譜儀時，對波長進行掃描是通過旋轉光柵來實現的。通過光柵光譜儀方程可以給出出射波長和光柵角度之間的關系。其中，為光柵的旋轉角度， 為入射角和衍射角之和的一半，對給定的單色儀來說 為一常數。