Принцип роботи твердоміра за Брінеллем полягає у вдавлюванні сталевої кульки певного діаметру в поверхню зразка з певною швидкістю під дією певної випробувальної сили. Після визначеного часу витримки випробувальна сила припиняється. Значення твердості металу за Брінеллем виражається середнім тиском на площу сферичної поверхні вдавлення.
Твердомір за Брінеллем в основному використовується для визначення твердості таких матеріалів, як чавун, сталь, -кольорові метали та м’які сплави. Випробування на твердість за Брінеллем дає найбільше вдавлення серед усіх випробувань на твердість. Він відображає комплексні властивості матеріалу і не піддається впливу мікросегрегації або композиційної неоднорідності структури зразка, що робить його високоточним методом вимірювання твердості.