En esencia un estroboscopio está dotado de una lámpara, normalmente del tipo de descarga gaseosa de xenón, similar a las empleadas en los flashes de fotografía, con la diferencia de que en lugar de un destello, emite una serie de ellos consecutivos y con una frecuencia regulable. Si tenemos un objeto que está girando a N revoluciones por minuto y regulamos la frecuencia del estroboscopio a N destellos por minuto e iluminamos con él el objeto giratorio, éste, al ser iluminado siempre en la misma posición, aparecerá a nuestros ojos como parado.
Si la frecuencia de los destellos no coincide exactamente con la de giro, pero se aproxima mucho a ella, veremos el objeto moverse lentamente, hacia adelante o hacia atrás según que la frecuencia de destello del estroboscopio sea, respectivamente, inferior o superior a la de giro.
Una aplicación muy conocida de este instrumento era el ajuste de la velocidad de los antiguos tocadiscos de discos de vinilo. Estos aparatos llevaban dibujadas unas marcas en el borde del plato giradiscos, marcas que eran iluminadas por la luz de una lámpara de descarga gaseosa, en este caso de neón, alimentada por la corriente alterna de la red eléctrica de 50 Hz (50 destellos por segundo). Al estar calculado el número de marcas para que, con la velocidad de giro correcta pasara una marca cada segundo por delante de la lámpara de neón, las marcas aparecían inmóviles cuando efectivamente la velocidad era la correcta.
En la actualidad el estroboscopio se sigue utilizando para verificar la velocidad de giro de máquinas y motores de diversas clases, sin necesidad de efectuar acoplamiento eléctrico o mecánico alguno.
De manera inversa, si pegamos en un disco giratorio diversas imágenes correspondientes a distintas fases del movimiento de un objeto (por ejemplo un muñeco) y lo iluminamos con el estroboscopio de tal forma que se produzca un destello cada vez que pase ante nosotros una imagen, quedando el plato sin iluminar durante el espacio que media entre una imagen y otra, el resultado será que veremos el objeto en movimiento. En este principio, denominado efecto estroboscópico, están basadas las películas de dibujos animados.
El estroboscopio fue inventado por el austríaco Simon von Stampfer el mismo año en que Joseph Plateau daba a conocer su phenakistoscopio.