Принцип роботи приладу для вимірювання твердості за Брінеллем полягає у вдавлюванні сталевої кульки певного діаметру в поверхню зразка під дією певної випробувальної сили з певною швидкістю та зняття випробувальної сили після того, як задана випробувальна сила підтримується протягом певного часу. . Середній тиск на площу сферичної поверхні відбитка зразка використовується для представлення значення твердості металу за Брінеллем.
Перевагою тесту на твердість за Брінеллем є його хороша репрезентативність твердості. Завдяки використанню кулькового індентора діаметром 10 мм із силою випробування 3000 кг площа вдавлення є великою та може відображати середнє значення комплексного впливу різних металевих компонентів у великому діапазоні. На поверхню не впливають окремі компоненти або невеликі нерівності, що робить її особливо придатною для вимірювання сірого чавуну, підшипникових сплавів і металевих матеріалів з великим зерном. Його експериментальні дані є стабільними, з хорошою відтворюваністю та точністю, вищою, ніж у Роквелла, і нижчою, ніж у Віккерса. Крім того, існує хороша відповідність між значенням твердості за Брінеллем і значенням міцності на розрив.
Недоліком тесту на твердість за Брінеллем є те, що вдавлення є великим, і перевірка готового виробу утруднена. Процес випробування є більш складним, ніж випробування твердості за Роквеллом, а операція вимірювання та вимірювання відступу займають відносно багато часу. Крім того, через виступ, поглиблення або плавний перехід краю вдавлення вимірювання діаметра вдавлення може викликати значні похибки. Тому від оператора вимагається досконала техніка тестування та багатий досвід, і, як правило, ним повинен керувати спеціалізований тестер.
Механічне обладнання по суті однакове, а спільна робота різних компонентів вимагає оволодіння правильними методами, щоб зробити весь експериментальний процес плавнішим, а експериментальні дані точнішими.