消色差波片的原理主要基於雙折射現象和波片的特殊設計。
在雙折射材料中，光速在兩個相互垂直的主軸方向上不同，導致兩個正交偏振分量之間產生相位差。消色差波片通過精確控制波片的厚度和材料，以消除這種相位差對不同波長的依賴性。它們通常由兩種或多種雙折射材料製成，這些材料以特定方式組合和層壓，以實現對特定波長或波長範圍內光的精確控制。例如，真零級波片具有低波長敏感性高溫度穩定性，而膠合零級波片通過將兩個多級波片膠合在一起，可以在一定程度上改善溫度對波片的影響。
消色差波片的設計還涉及到對波片快軸和慢軸的對準，以消除全波光程差，只留下所需的光程差。這種設計確保了波片對不同波長的光產生相同的相位延遲，從而消除了色差。常用的消色差波片由石英晶體和氟化鎂（MgF2）構成，通過將多級石英波片的快軸和氟化鎂波片的慢軸對準，可以獲得零級消色差波片。
總的來說，消色差波片的原理涉及到對雙折射材料精確控制，以及通過特殊設計消除光程差和色差，以實現更廣泛波長範圍內的一致性能。