積分球之所以被廣泛運用，在本質上是因為其混光特性。當光束進入積分球時，在多次漫反射后成為理想的漫射源。這可以消除樣品的不均勻性和探測器受光面的不均勻性造成的影響。此外，積分球是理想的消偏振元件，從而消除了測量中偏振的影響。

積分球通常由金屬制成內部空心球。球體的內表面均勻地噴涂有朗伯漫射特性的材料層。涂層也應是光譜選擇性小和高反射率。在實際中，通常使用氧化鎂、硫酸鋇或聚四氟乙烯（Halon）等。它們的光譜反射率在可見光和近紅外波段相當平坦。對于遠紅外其涂料，則使用硫，其在3μm～12μm 的平均反射比高達0.94 , 只在11.2μm 處有一吸收帶。

當一束輻通量進入理想的積分球時，除了投射面外，球內表面上的任何點的照度（包括球開口處的球面照度）只不過是球的幾何形狀、涂層的漫反射比、輻通量的函數，和位置沒有關系。