分光器的工作原理主要基於光的物理特性和功能，利用光的折射、反射、透射、衍射等現象。
分光器是一種無源器件，也稱為光分路器，它不需要外部能量，只要有輸入光即可。當光線進入分光器時，會因受到材料的這些光學影響的分裂成多條光線，並在試樣中傳播，最終在接收器處重新聚焦。分光器可以通過改變光的傳播方向來實現光的分離，一部分光線反射，另一部分光線透射，反射和透射的角度和程度取決於光學薄膜的折射率和入射角度。
此外，分光器還可以利用光的乾涉和衍射現象，在分光器內部發生乾涉和衍射，產生多條不同強度的輸出光線。它還可以基於光的色散性質和光學元件的作用，將入射光按照其波長進行分解，不同波長的光束被分離出來。分光器通常由入射和出射狹縫、反射鏡和色散元件組成，色散元件通常是光柵，作用是將所需的共振吸收線分離出來。
需要注意的是，分光器在分發下行數據的同時，也會集中上行數據。它帶有一個上行光接口和若乾下行光接口，光信號從上行光接口分配到所有下行光接口傳輸出去，反之亦然。但需要注意的是，光信號在傳輸過程中會有一定的衰減，這可能導致後端設備接收到的數據出現誤碼甚至收不到數據。因此，有時需要在鏈路中增加光放大器來放大光信號，確保數據的準確性。