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Bei größeren Entfernungen arbeitet man mit einer Hochfrequenzmodulation der Laseramplitude und wertet nicht die Laserwellenlänge, sondern die Phasenlage dieser aufmodulierten Hochfrequenzsignale aus. Wenn man annimmt, dass der ausgesandte Strahl mit einer Frequenzf=1/T{\displaystyle f=1/T} moduliert wurde, so erhält man folgende Grafik:

Aus den drei bekannten Größen Abstand Sender – Empfänger, Austrittswinkel und Eintrittswinkel des Laserstrahls berechnet der Mikroprozessor in Sekundenschnelle die Entfernung der zu messenden Fläche. Da die Laserstrahlung gepulst ist, werden diese einzelnen Impulse vom Mikroprozessor praktisch als Einzelmessungen interpretiert. Aus dem sich daraus errechneten Mittelwert resultiert eine hohe Messgenauigkeit.

Das obige Schema verdeutlicht die Relationen zwischen den verschiedenen Distanzen. Mit Hilfe der Trigonometrie ist es möglich die Distanz x−x0{\displaystyle x-x_{0}} aus der gemessenen Distanz x′−x0′{\displaystyle x-x_{0}} zu ermitteln: In der Geodäsie heißen die Entfernungsmessgeräte, die nach dem Prinzip der Laufzeitmessung oder Phasenmodulation arbeiten, Tachymeter oder Distanzer.

Vereinfacht gesagt, wird also die Zeit erfasst, die das Licht braucht, um zum Messpunkt zu gelangen und von dort aus durch Reflektion zur Quelle zurückzukehren. Der Vorteil der Entfernungsmesser Laser liegt vor allem in der schnellen Reaktionszeit begründet, die es erlaubt, Distanzen im Meter- und Kilometerbereich schnell und einfach zu erfassen. Da sich das Licht mit einer Geschwindigkeit von rund 300.000 km/s ausbreitet, sind viele Distanzmesser mit Lasertechnologie für sehr kurze Strecken im Bereich von wenigen Zentimetern allerdings weniger geeignet.