相位噪声反映的是单载波信号的频谱纯度，如果没有相位噪声，信号的所有功率都应集中在其振荡频率f0处（下图左Carrier），这个理想信号用Asin（ωt）表示。由于存在相位噪声（下图左Noise），相当于在理想信号上调制了一个Φ（t）相位信号，此时整个信号表示为Asin（ωt+Φ（t））。在频谱上体现为一部分功率扩展到相邻的频率中去，形成边带（下图右）。相噪定义为单边带某一给定偏移频率fn处1Hz带宽内的功率Pn与信号总功率Ps比值的对数，即 10lg（Pn/Ps），相噪以dBc/Hz@fn为单位来表示。这里dBc的含义是某频点功率与信号总功率的比值（下图右），对应于时钟相位偏移与时钟周期的比值。
相噪测量
相噪测量一般使用相噪仪进行，由于技术发展，现在相噪仪不仅可以测量相噪，还可以分析电源等其它信号的噪声，所以相噪仪也称为信号分析仪。相噪仪的原理与频谱仪类似，但是更加精密，并增加了一些特定的分析功能，因此使用频谱仪也可以粗略地测试相噪。相噪仪测试相噪有多种测量方法，但使用广泛的还是频谱分析法和鉴相法这两种测量原理。
频谱分析法
频谱分析法是对时钟信号进行频谱分析，先测量信号总功率Ps，再测量某一偏移频率出的功率Pn，再经过计算便可得到该被测时钟的单边带相位噪声。频谱分析法是一种简单直接的相噪分析技术，适宜于测量漂移较小但相位噪声相对较高的信号；但是频谱分析法不能分辨出调幅噪声和相位噪声，测试波形不太完美的时钟信号相噪时会存在较大误差；另外由于频谱仪的动态范围和分辨带宽的限制，测量受限。
鉴相法
鉴相法采用外差混频方式将被测时钟信号转化至中频，在中频用一个锁相环提取出被测时钟信号的载波信号，再将该信号与被测信号正交鉴相，从而提取被测时钟信号的相位噪声Φ（t） ，处理后得到频域相噪SΦ（f） ，进一步积分可以得到L(f) ，L(f)对应于RMS相噪。鉴相法的优点是动态范围大，相噪电平采用低噪放大器提高灵敏度，并且可以分辨调幅噪声和相位噪声。
另外，鉴相法还可以进一步增加互相关技术来增加灵敏度。互相关技术是将两路鉴相法组合起来，对其输出信号执行互相关操作。待测时钟的噪声通过每路通道仍然是相关的，不受互相关影响；每路通道内部产生的噪声是不相关的，被互相关操作抑制。引入互相关技术后无需特别精密的器件就可以实现更高的测量灵敏度。