一直以來，在線水質分析儀器技術都是沿著在線分析儀器研發制造技術和在線水質分析儀器應用技術兩個方面同時發展的。根據ISO標準的定義，有兩種形式的在線水質分析儀器：在線分析傳感器和比較復雜的自動化分析設備或者裝置。第一代的在線水質分析儀器常常是以在線分析傳感器+顯示控制器的形式出現的，儀器通常結構都比較簡單，通過傳感器直接和被測水樣接觸獲得水質指標的數據。最初可以測量的水質指標，主要是一些簡單的物理指標和成分指標，如水溫、電導率、PH、ORP、溶解氧等;接著是濁度、懸浮物濃度等光學原理的傳感器;隨著電化學分析技術的發展，氟離子、銨離子、硝酸鹽等多種離子選擇電極法原理的在線水質分析傳感器也開始進入市場。由于傳感器和水樣直接接觸，無法像實驗室人工分析時進行樣品預處理及去除樣品中干擾物質，在面對水質復雜的水樣(高溫、高壓、含油、硫化物、重金屬、懸浮物、高鹽度、腐蝕性氣體等各種雜質)時的適用性受到很大局限，最初的測量對象主要是地表水、飲用水、市政污水以及工業純水等水質情況較為簡單的水體。
另外，和所有儀器產品一樣，在線水質分析儀器中執行數據處理與通訊功能的硬件與軟件都采用了電子工業的最新技術。相對于最初的模擬電路，由于數字電路設計要比模擬電路相對簡單、自動化程度高，對設計人員的經驗水平要求也稍低，數字電路技術的采用和普及，使得儀器設計和批量生產的成本得以大幅下降，儀器的可靠性有了很大的提升。目前的在線水質分析儀器的控制器普遍具有了自動運算、統計、圖形顯示、趨勢分析等數據處理功能;同時，儀器一般具有自動診斷、故障報警功能，方便儀器運行及維護人員及時發現和解決儀器的問題;儀器生產商采用通用控制器也已經成為共識，同一種型號的控制器可以同數十種傳感器連接，由此給儀器生產企業和使用者兩方面都帶來了好處：儀器制造廠家可以實現控制器的大批量生產，取得規模效益;同時通用控制器降低了儀器技術服務的復雜程度，也降低了儀器生產廠家的服務成本;帶給在線分析儀器使用者的好處也是顯而易見的：在保證水處理生產正常運行的同時，可以減少水質分析儀器零備件的庫存壓力;通用控制器也讓操作者減少了學習的時間，可以更快更熟練的掌握儀器的使用及維護，提高生產效率;同時，新型的數字化傳感器可以被通用控制器自動識別，具有“即插即用”功能，極大的減輕了安裝維護人員的勞動強度。
電化學分析法原理的在線水質分析儀器，是出現最早和應用最普遍的一類在線水質分析儀器。其中，既有較為簡單的傳感器形式的各種Ph/ORP(氧化還原電位)分析儀、電導率分析儀(目前在工業過程分析中應用十分普遍的酸堿鹽濃度計，也都大多是采用電導檢測原理的在線分析儀器)、極譜法溶解氧分析儀、基于離子選擇電極法的氨氮、氯離子、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮分析儀;也有結構比較復雜的自動化分析設備，如基于伏安分析法的各種重金屬分析儀，采用電位滴定原理的COD分析儀，高錳酸鹽指數分析儀，采用電導分析法的純水TOC(總有機碳)分析儀等。