Il radiometro è costituito da un bulbo di vetro all’interno del quale viene praticato un vuoto parziale. Ad un filo di quarzo verticale è collegato un mulinello realizzato con quattro leggere piastrine di alluminio, ognuna delle quali ha una faccia lucidata e l’altra  annerita. Quando il radiometro viene esposto ad una radiazione elettromagnetica  (luce solare, luce artificiale, radiazione infrarossa), il mulinello si mette in rotazione nel senso di avanzamento delle facce lucidate, come se fosse presente una spinta sulle facce annerite. Quando la pressione all’interno dell’ampolla viene diminuita drasticamente, il mulinello ruota in senso opposto poiché cambia la causa della rotazione.  La spiegazione del fenomeno osservato non è molto semplice ed intuitiva e ha dato origine nel passato ad interessanti dibattiti.
L’inventore dello strumento riteneva che fosse la pressione della radiazione elettromagnetica ad originare la rotazione del mulinello; in tal caso, però, la rotazione sarebbe avvenuta in verso opposto, con le facce annerite in avanti, poichè la pressione di radiazione è maggiore sulle superfici riflettenti che su quelle assorbenti. Si pensò quindi ad un’altra possibile causa:che fossero le molecole del gas rarefatto, presente all’interno dell’ampolla, a determinare la rotazione del mulinello. Infatti, poiché le facce scure sono più calde di quelle che riflettono la radiazione, le molecole di gas in prossimità delle facce annerite urtano queste ultime con maggiore energia, determinando in tal modo il senso di rotazione osservato. In condizioni di vuoto spinto (circa un milionesimo di atmosfera), poichè il numero delle molecole di gas non è più sufficiente per innescare una rotazione dovuta agli urti, l’elica ruota in senso opposto per la sola pressione di radiazione.