Ein Lichtstrahl wird beim Mach-Zehnder-Interferometer auf zwei Wege aufgeteilt und dann wieder vereint. Im Gegensatz zum Michelson-Interferometer wird dabei kein Weg doppelt durchlaufen.
Ein Laserstrahl trifft auf eine Linse. Diese erzeugt aus den ebenen Wellen gekrümmte Wellenfronten. Ein Strahlteiler spaltet den Lichtstrahl auf zwei Wege auf. Mit Spiegeln wird das Licht jeweils auf einen zweiten Strahlteiler gelenkt. Durch diesen wird das Licht der beiden Wege überlagert. Man erhalt an den beiden Ausgängen des Interferometers ein Interferenzmuster. Zur besseren Darstellung wird das Licht des ein Ausgangs durch einen Umlenkspiegel neben das des anderen Ausgangs an die Wand projeziert.
An der Wand ist ein ringförmiges Interferenzmuster zu sehen. Der Grund hierfür liegt in den gekrümmten Wellenfronten des Lichts und einer unterschiedlichen Länge der beiden Lichtwege. Die Helligkeit an den beiden Ausgängen ist dabei komplimentär. Ist zum Beispiel das Zentrum eines Ausgangs dunkel, so ist es beim anderen Ausgang hell.
Wird die Länge eines Lichtwegs zum Beispiel durch eine leichte Verformung des Tisches verändert, so ist diese Änderung im Interferenzbild zu sehen. Neben der geometrischen Länge kann man auch die optische Weglänge etwa durch eine Flamme