Le réfractomètre de Tully par RAYNER permet de déterminer l'indice de réfraction des gemmes. Pour cela, la lumière entre par une ouverture réfléchie par une plaque de verre. Elle traverse ensuite un prisme de verre taillé en hémisphère et dont la surface polie est orientée vers le dessus. Le prisme est encerclé dans un disque métallique gradué de 0 à 360 et peut être protégé par une plaque métallique pivotante garnie à l'intérieur de velours noir. A l'intérieur du boitier en fonte se trouvent une lentille et un miroir. Le réfractomètre se termine par un oculaire à filtre polarisant et dans lequel une échelle comprise entre 1,3 et 1,8 est visible.

Le réfractomètre s'insère dans sa boite en bois d'origine et peut y être fixé grâce à une vis.

L'appareil est muni d'un prisme en verre de rechange dans une boite cartonnée.

Le réfractomètre de Tully permet une lecture directe de l'indice de réfraction de la gemme testée. Une pierre précieuse est placée sur la partie horizontale du prisme en verre et un liquide de contact est ajouté  afin d'éliminer l'air entre l'hémisphère et le gemme. La lumière traverse le prisme en verre pour frapper le gemme. La lumière réfléchie passe à nouveau dans le prisme puis traverse une lentille et un miroir. Sur une échelle graduée située à l’intérieur du réfractomètre apparaissent deux zones : une zone claire correspondant aux rayons qui auront subi la réflexion totale interne, et une zone sombre correspondant aux rayons réfractés « perdus ». La limite entre les deux zones correspond à l’angle critique et indique l’indice de réfraction de la gemme.