W konfiguracji przedstawionej na rysunku interferometr posiada dwa prostopadłe do siebie ramiona. Światło ze źródła S wchodzi do układu i rozdziela się na dwie wiązki na półprzepuszczalnym zwierciadle P. Na końcu obu ramion znajdują się zwierciadła Z1 i Z2, które zawracają bieg promieni. Zwierciadło Z2 dodatkowo jest ruchome i za jego pomocą zmienia się drogę optyczną jednej z wiązek. Po odbiciu dwie wiązki padają ponownie na półprzepuszczalne zwierciadło gdzie biegną już w jednym kierunku (do obserwatora O) i interferują ze sobą.
Interferometr Macha-Zehndera thumb|250px|Interferometr Macha-Zehndera: S – źródło światła; P1, P2 – płytki światłodzielące; O – ekran do obserwacji prążków interferencyjnych W interferometrze Macha-Zehndera promień świetlny rozdzielany jest na dwa promienie (stosunek mocy 1:1). W jednym z ramion interferometru wywołuje się zmianę współczynnika załamania światła – to ramię nazywane jest sygnałowym, natomiast drugie jest ramieniem sygnału odniesienia. Obraz interferencyjny oglądany na ekranie zależy od różnicy faz obu promieni.