全息攝影的原理是基于相同波長和相位的相關光束重疊時，就會相互干涉，在照相底板上產生微細的干涉條紋圖（全息圖）。顯影后，在一束波列（參考光束）的照射下，該光學存儲將起到衍射光柵那樣的作用，重新產生其它波列，從而通過全息圖的底板，在被拍攝物的位置上，就能看到一個完整的三維實像。
在物光垂直入射的全息圖中，物光是由激光束在擴散散射表面上折射而產生的，并與反射到全息底板上的參考光重疊，該參考光以后也可用于再現。與第一次曝光狀態相比較，如果物體發生了微小的移動或變形，則這種狀態下的物光也將相互位移，從觀察者看來，該物體好象被干涉條件所覆蓋。
如果不是在變化的時候通過已顯影全息圖進行觀察（實時法），而是在事后觀察通過兩次曝光存儲在全息圖上的不同狀態，也能得到類似的靜態印像。這兩種都叫做全息干涉法。
可見干涉條紋的形狀和數量分別提供了表面上發生的有關位移和變形的信息。這些條紋可用照相或電影技術確定下來，從而作出定性的評價，也可以在考慮全息圖幾何比例的情況下，通過有關的計算，作出定量估計。