カールフィッシャー法は、カールフィッシャー反応において水とヨウ素が1:1のモル比で定量的に反応することを原理としています。

脱水溶剤の主成分はアルコール(ROH)、二酸化硫黄(SO₂)、塩基(RN）です。 脱水溶剤中ではアルコールと二酸化硫黄が反応し、亜硫酸アルキルアニオン(SO₃R-)が生成します。

この亜硫酸アルキルアニオンは、脱水溶剤中の塩基により中和された状態[RNH]SO₃Rとして存在します。

下記に滴定反応を示します。

ヨウ素によって[RNH]SO3Rが酸化される際に水が消費されます。
この反応は定量的に進行するので、消費したヨウ素の物質量から水分量を求めることができます。