В опыте используется ящик с газом, молекулы которого вылетают через отверстие наружу. Диаметр отверстия много меньше длины свободного пробега молекул, молекул в ящике много, так что исчезновение вылетающих не меняет имеющееся распределение по скоростям внутри ящика. Колёса селектора, на поверхности которых находятся выступы, пропускающие или останавливающие летящие молекулы, вращаются с угловой скоростью <math> \omega</math>. Так, преодолев первое колесо, молекула летит расстояние <math> l</math> до второго, которое за это время поворачивается на угол <math> \alpha</math>. Выполняется соотношение:
<math> \frac{l}{v} = \frac{\alpha}{\omega}</math>
Так, регулируя <math> l</math>, <math> \alpha</math> и <math> \omega</math>, можно пропускать только молекулы с определённой скоростью <math> v</math>. Пролетевшие через второе колесо молекулы оставляют след на пластине. Проведя эксперимент для различных значений <math> v</math>, можно получить экспериментальную картину распределения скоростей в исследуемом газе.
В результате эксперимента было подтверждено распределение Максвелла с гораздо большей точностью, нежели в опыте Штерна 1920 года, дававшего приближённые сведения о характере распределения. Схема эксперимента сходна с опытом, проведённым в 1927 году американским физиком-экспериментатором Джоном Элдриджем, однако именно опыт Ламмерта признаётся как подтвердивший распределение Максвелла экспериментально.
