진행 방향에 치우침이 있는 빛을 편광이라고 하는데, 직선 방향으로 나아가던 편광이 특정 결정 혹은 액체를 통과하며 광면이 회전하는 경우가 있다. 이를 광회전(光回轉)이라고 하며, 광회전을 측정하는 기기가 바로 편광계이다.

광학적 측정 장치로서는 가장 오래된 것 중 하나로, 장치의 본질적인 연구는 19세기 초기에 이미 이루어졌다. 형상, 정밀도 등에 따라 여러 종류가 있다.

자연광을 직선편광으로 만들기 위한 편광자(偏光子)와 이것으로 만들어진 편광을 물질에 투과시켰을 때 편광도를 검사하기 위한 검광자(檢光子)를 조합한 장치이다.

직선편광을 편광면에 회전시키는 성질을 광학활성이라 하고 이런 현상을 선광이라고 하는데, 편광계는 광학활성을 가지는 시료에 직선편광을 조사하여, 파장변화에 따른 선광도를 측정하고 정량 및 입체구조를 분석한다.

물질의 회전편광세기를 측정하는 편광계는 편광기의 일종인데, 특히 당(糖)의 용액에 사용되는 편광계는 검당계(檢糖計) 혹은 당편광계라고 한다.