基本原理
石英晶體微天平最基本的原理是利用了石英晶體的壓電效應：石英晶體內部每個晶格在不受外力作用時呈正六邊形，若在晶片的兩側施加機械壓力，會使晶格的電荷中心發生偏移而極化，則在晶片相應的方向上將產生電場;反之，若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產生機械變形，這種物理現象稱為壓電效應。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產生機械振動，同時晶片的機械振動又會產生交變電場。在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，這種現象稱為壓電諧振。它其實與LC 回路的諧振現象十分相似：當晶體不振動時，可把它看成一個平板電容器稱為靜電電容C，一般約幾個PF 到幾十PF;當晶體振蕩時，機械振動的慣性可用電感L 來等效，一般L 的值為幾十mH 到幾百mH。由此就構成了石英晶體微天平的振蕩器，電路的振蕩頻率等于石英晶體振蕩片的諧振頻率，再通過主機將測的得諧振頻率轉化為電信號輸出。由于晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關，而且可以做得精確，因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩定度。
1959 年 Sauerbrey 在假定外加持量均勻剛性地附著于QCM 的金電極表面的條件下，得出了QCM 的諧振頻率變化與外加質量成正比的結論。對于剛性沉積物，晶體振蕩頻率變化△F 正比于工作電極上沉積物的質量改變△M。通過這一關系式可得到QCM電極表面的質量變化。
主要構造
QCM 主要由石英晶體傳感器、信號檢測和數據處理等部分組成。石英晶體傳感器的基本構成大致是：從一塊石英晶體上沿著與石英晶體主光軸成35°15切割(AT—CUT)得到石英晶體振蕩片，在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極，石英晶體夾在兩片電極中間形成三明治結構。在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構成了石英晶體諧振器，其產品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。
石英晶體微天平的其他組成結構在不同型號和規格的儀器中也不盡相同，可根據測量需要選用或聯用。一般附屬結構還包括振蕩線路、頻率計數器、計算機系統等;電化學石英晶體微天平在此基礎上還包括恒電位儀、電化學池、輔助電極、參比電極等;另外經常加裝一些輔助輸出設備，例如顯示器、打印機等。
應用及展望
QCM(Quartz Crystal Microbalance)作為微質量傳感器具有結構簡單、成本低、振動Q值大、靈敏度高、測量精度可以達到納克量級的優點，被廣泛應用于化學、物理、生物、醫學和表面科學等領域中，用以進行氣體、液體的成分分析以及微質量的測量、薄膜厚度的檢測等。根據需要，還可以在金屬電極上有選擇地鍍膜，進一步拓寬其應用。例如，若在電極表面加一層具有選擇性的吸附膜，可用來探測氣體的化學成分或監測化學反應的進行情況。隨著生物科學的蓬勃發展，QCM作為基因傳感器在生物領域的應用有著廣闊前景。
QCM具有在線跟蹤檢測微觀過程的變化，獲取豐富的在線信息的優點，是其他方法無法比擬的。這項技術以其簡便、快捷、靈敏度高、在線跟蹤等優勢，必將與其他技術結合成為微觀過程與作用機理研究，微量、痕量物質的檢測等方面十分有效的手段，獲得廣泛應用，并從簡單的濃度測定深入到動力學過程機理的研究。
