La mesure par DLS repose sur le mouvement brownien des particules qui décrit le déplacement aléatoire et désordonné de particules en suspension, dû aux chocs avec les molécules de solvant environnantes. Ce mouvement est influencé par la taille des particules (les plus petites se déplaçant plus rapidement), ainsi que par la température et la viscosité du milieu dispersant.
La mesure dépend également de la diffusion de la lumière. Les nanoparticules soumises à un bombardement par des photons incidents vont réémettre l’énergie reçue sous la forme de lumière diffusée. L’intensité de la lumière diffusée va dépendre de la longueur d’onde de la source lumineuse, mais aussi de la taille des particules et de l’angle d’observation.