A Brinell keménységmérő működési elve az, hogy egy meghatározott átmérőjű acélgolyót nyomnak a minta felületébe meghatározott sebességgel, meghatározott próbaerő hatására. Egy meghatározott tartási idő elteltével a próbaerőt eltávolítják. A fém Brinell keménységi értékét a bemélyedés gömbfelületére gyakorolt átlagos nyomásként fejezzük ki.
A Brinell keménységmérőt főleg olyan anyagok keménységének meghatározására használják, mint az öntöttvas, acél, nem{0}}vasfémek és lágyötvözetek. A Brinell keménységi teszt a legnagyobb bemélyedést adja az összes keménységi teszt közül. Az anyag átfogó tulajdonságait tükrözi, és nem befolyásolja a minta szerkezetének mikroszegregációja vagy összetételi inhomogenitása, így rendkívül pontos keménységvizsgálati módszer.