E' costituito da due bulbi di vetro (uno trasparente e uno nero), collegati tra loro da un sottile tubo di vetro piegato a U, sul quale è segnata una scala graduata. Tale tubo è parzialmente riempito di liquido. Lo strumento poggia su una base di legno.

Lo strumento era impiegato per la valutazione dell'intensità luminosa.

Quando viene investito da un raggio luminoso, il bulbo nero assorbe calore e l'aria al suo interno si espande, facendo così abbassare il liquido lungo la scala graduata. Lo spostamento del liquido permetteva di dare una valutazione dell'intensità luminosa, ipotizzando, come fece Leslie, che il calore assorbito fosse proporzionale all'intensità luminosa stessa. Il fotometro di Leslie si basa sul principio di funzionamento del termometro differenziale da lui stesso ideato.