卡尔水分仪又被称为卡尔·费休水分测定仪，属经典方法，又称为微量水分测定仪，其主要应用于水分值含量较低的样品检测，经过改进，大大提高了准确度，扩大了测量范围。具体工作原理如下。

　　当存在水时，卡尔费休试剂中的SO₂与I₂以及样品中的水会发生氧化还原反应。然而该反应为可逆反应，当硫酸浓度超过0.05%时，逆反应就会发生。若要逆反应不发生，则需要将适当的碱性物质加入来对反应过程中生成的酸加以中和。通过实验表面，只有将吡啶加入到体系中，如此才不会发生逆反应。

3C₅H₅N+H₂O+I₂+SO₂ → 2C₅H₅NHI(氢碘酸吡啶) +C₅H₅NSO₃(硫酸酐吡啶)

　　生成硫酸酐吡啶不稳定，可以和水发生反应，将一部分水消耗掉，从而对测定干扰，可以将无水甲醇加入以使其稳定。

C₅H₅NSO₃(硫酸酐吡啶) + CH₃OH(无水) → C₅H₅N·HSO₄CH₃(甲基硫酸吡啶)

　　上面三步反应写成总反应式为：

I₂+SO₂+H₂O+3吡啶+CH₃OH → 2C₅H₅NHI(氢碘酸吡啶)+C₅H₅N·HSO₄CH₃(甲基硫酸吡啶)

　　由反应式可知，1mol水需要1mol碘，1mol二氧化硫和3mol吡啶及1mol甲醇而使得2mol氢碘酸吡啶、1mol甲基硫酸吡啶产生。理论上而言是如此。然而事实上SO₂、吡啶、CH₃OH的用量均过量，结束反应以后多余的游离碘呈现红棕色，到达终点就能够确定。