积分球之所以被广泛运用，在本质上是因为其混光特性。当光束进入积分球时，在多次漫反射后成为理想的漫射源。这可以消除样品的不均匀性和探测器受光面的不均匀性造成的影响。此外，积分球是理想的消偏振元件，从而消除了测量中偏振的影响。

积分球通常由金属制成内部空心球。球体的内表面均匀地喷涂有朗伯漫射特性的材料层。涂层也应是光谱选择性小和高反射率。在实际中，通常使用氧化镁、硫酸钡或聚四氟乙烯（Halon）等。它们的光谱反射率在可见光和近红外波段相当平坦。对于远红外其涂料，则使用硫，其在3μm～12μm 的平均反射比高达0.94 , 只在11.2μm 处有一吸收带。

当一束辐通量进入理想的积分球时，除了投射面外，球内表面上的任何点的照度（包括球开口处的球面照度）只不过是球的几何形状、涂层的漫反射比、辐通量的函数，和位置没有关系。