隨著全球范圍內對環境保護、水資源可持續利用以及水安全的日益重視，為滿足世界各國日趨嚴格的環保法規要求和不斷發展的水處理工業市場的需求，作為獲取水質信息的源頭技術，在線水質分析儀器及其應用技術得到了巨大的發展機會。同時，計算機科學、分析化學、材料科學等相關科學技術的進步，也為在線水質分析儀器技術的發展提供了可靠的技術支撐。國際水協會(IWA)的前身國際水污染研究協會(IAWPR)自1973年就開始了組織主題為ICA(Instrumentation-儀表，Control-控制and Automation-自動化)的專題會議，專門推廣和研究水處理領域的在線水質分析儀器及過程控制的應用。
作為一種專用于水質分析的特定儀器分析技術，和其他儀器分析技術一樣，水質在線分析儀器檢測技術的理論基礎也是根據水中待測物質的物理化學或者生物化學性質來測定物質的組成及相對含量。根據測定的方法原理不同，主要可以分為電化學分析、光學分析、色譜分析、其他分析方法等4大類。電化學分析法(electroanalytical chemistry，也稱電分析化學法)，是建立在物質在溶液中電化學性質基礎上的一類分析方法，它是儀器分析方法中的一個重要分支。電化學分析測量系統是一個由電解質溶液和電極構成的化學電池，通過測量電池的電位、電流、電導等物理量，實現對待測物質的分析。根據測定電化學參數的不同，電化學分析法又分為電位分析法、庫侖分析法、伏安分析法(包括極譜分析法)、電導分析法等。
光學分析法(optical analysis)，是以物質發射或吸收電磁輻射以及物質與電磁輻射相互作用(發光、吸收、散射、光電子發射等)來對待測樣品進行分析的方法。可以分為光譜法和非光譜法兩大類。非光譜分析法，是基于物質引起輻射的方向或物理性質的改變，檢測被測物質的某種物理光學性質，進行定量、定性分析的方法，非光譜分析法不考慮物質內部能量的變化，包括了折射法、散射光法等。光譜分析法，是以光輻射能與物質組成和結構之間的內在聯系或者以光譜或波譜的測量為基礎，利用物質的光譜特征，進行定性、定量及結構分析的方法。按物質能級躍遷的方式，光譜分析法又分為三種基本類型：發光光譜法(包括分子熒光分析法、X射線熒光分析法等)、吸收光譜法(包括紫外可見分光光度法、紅外分光光度法等)以及散射光譜法(如最近比較熱門的拉曼散射光譜法)。