DGT技术主要基于自由扩散原理（Fick第一定律），通过定义扩散层的梯度扩散及其关联过程研究，获得目标离子在土壤、水体和沉积物等环境介质中的扩散通量、（生物）有效态含量和固-液交换动力学的信息[1,2]。DGT装置由固定层（即固定膜）和扩散层（扩散膜和滤膜）叠加组成，目标离子以扩散方式穿过扩散层，随即被固定膜捕获，并在扩散层形成线性梯度分布（图1.1）。目标离子在DGT装置放置时间段的扩散通量（FDGT）可用公式（1）和（2）计算：
其中t为DGT装置放置时间，M为DGT装置放置时间段固定膜对目标离子的积累量（μg），A为DGT装置暴露窗口面积(cm2)，Δg表示扩散层厚度(cm)，D为目标离子在扩散层中的扩散系数(cm2s-1)，CDGT为扩散层线性梯度靠近环境介质一端的浓度（mg L-1）。
将公式（1）和（2）结合，得到CDGT的计算公式（3）：
固定膜中目标离子积累量（M）一般采用溶剂提取的方法，根据公式（4）计算得到：
上式中，Ce为提取液浓度，Ve为提取剂体积，Vg为固定膜体积（土壤圆片一般记为0.2mL，切片固定膜体积根据分辨率计算），fe为提取剂对固定膜上目标离子的提取率。