汽車故障診斷儀的工作原理是通過連接線與電腦數據檢測接口相連，實現與各類電控系統控制單元的數據交流。

它判斷所檢測到的 ECU 輸入電壓和輸出電壓數值是否在固定范圍內變化，從而確定各個電子控制單元的傳感器、執行器和 ECU 是否正常工作。

當某一電子控制單元的電路出現問題時，相應的傳感器會將電路故障信息傳輸給 ECU，并將故障代碼存儲在 ECU 的存儲器中，通過故障診斷儀，檢測人員就能迅速讀出故障碼，并及時處理和維修。

目前國內汽車診斷主要以基于 CAN 線和基于 K 線為主。基于 CAN 線的診斷協議有 UDS，基于 K 線的診斷協議有 ISO14230。

K 線一般用于檢測系統，用單線或雙線通信，與診斷儀器連接并相互傳遞數據。K 線本質上是一種半雙工串行通信總線，在 K 線系統中，發送時若電壓低于工作電壓的 20%，則認為邏輯“0”，高于工作電壓 80%，則定義為邏輯“1”；接收是低于工作電壓的 30%為邏輯“0”，高于工作電壓的 70%為邏輯“1”，電壓在工作電壓的 30%-70%之間狀態不確定。因此必須設計專門的 K 線接口電路，以滿足車輛 K 線診斷要求。

汽車故障診斷儀具有多種功能，比如讀取故障碼、清除故障碼、讀取發動機動態數據流、示波器功能、部件動作測試、匹配、設置和編碼功能、英漢詞典、計算器等輔助功能。還能通過 CAN 、LIN 通信模塊實現與車載內各電子控制裝置 ECU 之間的對話，傳送故障代碼以及發動機的狀態信息。通過單片機的同步/異步收發器與 PC 機進行串行通信從而完成數據交換，下載程序，以及診斷儀升級等功能。通過液晶顯示器顯示汽車運行的狀態數據及故障信息，通過鍵盤電路執行不同的診斷功能，通過具有串行接口的大容量 FLASH 存儲器保存大量的故障代碼及其測量數據。