Принцип действия гетеродинного частотомера - это выделение разностной частоты между частотой измеряемого сигнала и известной частотой высокостабильного перестраиваемого генератора - гетеродина, и измерение ее при помощи ЭСЧ.
ЭСЧ выполняет две функции: 1) содержит в своем составе меру - кварцевый генератор, и выдает известную высокостабильную частоту ; 2) производит операцию измерения разности .
Сигнал, частота которого измеряется, поступает на вход смесителя. На смеситель поступает также сигнал гетеродина. На смесителе образуется разностная частота , которая, измеряется ЭСЧ. Значение определяется сложением частоты гетеродина и частоты, измеренной ЭСЧ, . Систематическая погрешность определяется погрешностью установки номинальной частоты кварцевого генератора и его долговременной нестабильностью, а случайная - кратковременной нестабильностью и погрешностью дискретности.