Zasada działania twardościomierza Brinella polega na wciskaniu stalowej kulki o określonej średnicy w powierzchnię próbki z określoną prędkością i pod określoną siłą testową. Po określonym czasie przetrzymywania siła testowa jest usuwana. Wartość twardości metalu w skali Brinella wyraża się jako średni nacisk na kulistą powierzchnię wgłębienia.
Twardościomierz Brinella używany jest głównie do oznaczania twardości materiałów takich jak żeliwo, stal,-metale nieżelazne i stopy miękkie. Test twardości Brinella daje największe wgłębienie spośród wszystkich testów twardości. Odzwierciedla wszechstronne właściwości materiału i nie podlega mikrosegregacji ani niejednorodności składu struktury próbki, co czyni ją bardzo dokładną metodą badania twardości.