Waga kwarcowa zwana inaczej kwarcowym miernikiem grubości zbudowana jest z kryształu kwarcu, który ma właściwości piezoelektryczne. Do kryształu doprowadzone jest zmienne napięcie z generatora o częstości około 6 MHz. Podczas nanoszenia materiałów atomy padające na powierzchnię kwarcu zwiększają jego masę, co obserwowane jest w postaci zmiany częstości rezonansowej. Zależność między zmianą częstość drgań kwarcu \(\Delta f\) a przyrostem masy \( \Delta m \) dana jest równaniem:
\(\Delta f = - C_f \frac{\Delta m}{S}\)
gdzie: \( C_f \) - stała proporcjonalności (czułość miernika), \( S \) powierzchnia kryształu. Ściślej, wartość \( C_f \) zależy od masy kryształu, tak więc zmienia się w trakcie nanoszenia materiałów, jednak w warunkach prowadzonych doświadczeń zmiany te są poniżej 1% i można je zaniedbać.
Zmiana częstości rezonansowej kwarcu jest ściśle związana z ilością materiału naniesionego na jego powierzchnię, nie daje ona jednak bezpośredniej informacji o tym ile materiału zostało naniesione na powierzchnię próbki. Aby skorelować te informacje badane są oscylacje jasności plamki odbitej zwierciadlanie od powierzchni próbki obserwowanej na ekranie dyfraktometru RHEED. Niektóre pierwiastki podczas nanoszenia na powierzchnię w obniżonej temperaturze wykazują wzrost w modzie warstwa po warstwie. Zjawisko to sprawia, że intensywność wiązki elektronów odbitej zwierciadlanie od powierzchni próbki oscyluje osiągając maksimum dla całkowitych wielokrotności pokrycia wyrażonych w jednostkach ML - monowarstw atomowych. Prowadząc równoczesną rejestrację jasności plamki na ekranie RHEED oraz zmianę częstości drgań kryształu można wyskalować kwarcowy miernik grubości.