物質を構成する最小要素の一つである電子（スピン）は、量子力学的な振る舞いをする量子の一種です。ダイヤモンドがおかれている環境が変化することによって、ダイヤモンド中の電子の量子的な状態が変化します。

この量子的な状態の変化を検出することで、環境情報を推定するのがダイヤモンド量子センサの基本的な原理になります。