為了解決傳感器測量復雜水樣的適用性問題，也為了實現一些實驗室人工分析方法步驟比較繁瑣或者測試條件要求較高的水質參數的自動分析，隨著自動控制技術的采用，結構比較復雜的在線水質分析儀器-水質自動化分析設備或裝置開始出現：儀器通過控制一整套的設備或裝置的自動運行來完成以前實驗室人工分析的步驟，比如：過濾、加熱、加顯色劑、混合、測量等等;另外，為了保證長時間連續運行的準確度，還需要定時對儀器進行自動校準，以及定期的人工維護。這一類在線水質分析儀器結構復雜，多用于水質成分指標(TOC、SiO2、總磷、總氮、重金屬等)和評估性水質綜合指標(COD、堿度、硬度、生物毒性等)。
其次，水質科學的發展，提出了“替代參數”的概念，為在線水質分析儀器的開發和應用開拓了新的空間。水質替代參數是指一類特定的水質參數，可以綜合反映水體的某一類別的水污染情況或水處理過程中某些不能實現在線監測而且實驗室分析也非常繁瑣水質參數的變化。目前，對飲用水水質安全來講，反應有機物總量及某些特定成分變化的綜合性指標UV254是目前非常重要的水質替代參數，可以通過UV254的實時測量，獲得和水中有機物污染相關的其他參數(如，COD、BOD、TOC等)的信息。由于能實時反映水質的變化，測量“替代參數”的在線水質分析儀器在水處理工藝過程控制中有著非常重要的價值。目前其他重要的在線水質替代參數分析儀器還有：濁度、顆粒物、SDI(污染指數)等。
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。