עקרון העבודה של מיקרוקלורימטר מבוסס על עקרונות תרמודינמיים וכולל בדרך כלל את השלבים הבאים:
הכנת דגימה: הדגימה הנחקרת ממוקמת בתוך תא הדגימה של המיקרוקלורימטר, מה שמבטיח את הבידוד התרמי שלה מהסביבה הסובבת.
בקרת טמפרטורה: מערכת חימום או קירור משמשת כדי לווסת את הטמפרטורה של תא הדגימה, ומביאה אותו לתנאי הבדיקה שנקבעו מראש.
מדידת חום: כאשר הדגימה עוברת שינויים תרמיים (כגון ספיגה או שחרור של חום), המיקרוקלורימטר מודד ורושם במדויק את הווריאציות הללו. זה מושג בדרך כלל באמצעות חיישני טמפרטורה רגישים במיוחד ומערכות עיבוד אותות.
ניתוח נתונים: בהתבסס על נתוני השינוי התרמי הנמדד-ובשילוב עם מאפייני המדגם ופרמטרים ניסיוניים אחרים-מבוצע ניתוח נתונים כדי לגזור את המאפיינים התרמיים הספציפיים של המדגם.
