המכשירים המשמשים במיקרוסקופ קרן כפולה משמשים בעיקר למדידת חספוס פני השטח. זה יכול לשמש גם כדי למדוד את העובי של שכבות על שקופות ושקופות, במיוחד סרטי אנודייז על אלומיניום.
המכשיר פועל על ידי הארת קרן בזווית של 45 מעלות על פני השטח של שכבת-העל, וחלק מהקרן מוחזר חזרה מפני השטח של השכבה. חלק נוסף חודר את הכיסוי ומשתקף בחזרה מממשק הכיסוי-מצע. ניתן לראות שתי תמונות נפרדות מעיינית המיקרוסקופ, המרחק הוא פרופורציונלי לעובי השכבה, וניתן למדוד את המרחק על ידי כוונון כפתור בקרת קנה המידה.
ניתן להשתמש בשיטה זו רק כאשר מספיק אור מוחזר בממשק הציפוי-מצע כדי לקבל תמונה ברורה במיקרוסקופ.
עבור שכבות-על שקופות או שקופות, כגון סרטי אנודייז, השיטה אינה הרסנית. על מנת למדוד את עובי שכבת הכיסוי האטומה יש להסיר חתיכה קטנה משכבת הכיסוי, כך שתיווצר מדרגה שיכולה לשבור את קרן האור בין פני שכבת הכיסוי למצע, כך שהערך המוחלט ניתן למדוד את עובי שכבת הכיסוי. במקרה זה, השיטה היא שיטת בדיקה הרסנית.
שגיאת המדידה של מיקרוסקופיה דו-קרן היא בדרך כלל פחות מ-10 אחוזים.
