Načelo delovanja mikrokalorimetra temelji na termodinamičnih načelih in običajno vključuje naslednje korake:
Priprava vzorca: Preiskovani vzorec se postavi v vzorčno komoro mikrokalorimetra, kar zagotavlja njegovo toplotno izolacijo od okolice.
Nadzor temperature: Sistem za ogrevanje ali hlajenje se uporablja za uravnavanje temperature vzorčne komore, ki jo pripelje do vnaprej določenih preskusnih pogojev.
Merjenje toplote: Ko je vzorec podvržen toplotnim spremembam (kot je absorpcija ali sproščanje toplote), mikrokalorimeter natančno meri in beleži te spremembe. To se običajno doseže z uporabo zelo občutljivih temperaturnih senzorjev in sistemov za obdelavo signalov.
Analiza podatkov: Na podlagi izmerjenih podatkov o toplotni spremembi-ter v povezavi z lastnostmi vzorca in drugimi eksperimentalnimi parametri-se izvede analiza podatkov za izpeljavo specifičnih toplotnih lastnosti vzorca.
