Ein Lichtstrahl wird im halbdurchlässigen Spiegel geteilt. Die beiden Teil-Lichtstrahlen bewegen sich gleich lange Strecken zu ihren Endspiegeln und zurück und vereinigen sich dann wieder. Sind die Zeiten dabei völlig gleich, kommt es zu konstruktiver Überlagerung mit dem entsprechenden Interferenzmuster für konstruktive Überlagerung. Sind die beiden Zeiten unterschiedlich, so ändert sich das Interferenzmuster.

Michelson wollte nachweisen, dass eine Drehung gegenüber der Bewegungsrichtung der auf der Erde mitbewegten Anordnung das Interferenzmuster ändert, was aber nicht eintraf.