直接测量式CEMS是指利用直接安装在烟道内的传感器或穿过烟道的特殊光束，无需对被测量成分进行采样和处理而直接测定烟气中污染物浓度的CEMS。

直接测量式又称in—situ式、原位式或直插式，是一种结构相对比较简单的烟气在线监测技术。

直测式CEMS按照测量范围一般分为两类：一类是直接在烟道中测量的传感器或发射一束光穿过烟道，利用烟气的特征吸收光谱进行气态污染物的分析测量，一般概念上的直测式CEMS即指这种系统；另一类指的是使用电化学或光电传感器或光电传感器，传感器安装在探头的端部，探头插入烟道，测量较小范围内烟气中污染物的浓度，相当于点测量。

根据仪器构造和测量点的位置不通过，直测式CEMS又可分为内置式和外置式；根据光源发射和接收端的位置和光纤是否两次穿过被测烟气，可分为单光程和双光程。直测式CEMS有采用探头和光谱仪紧凑相连的一体式结构，也有将采样探头和光谱分开的分体式结构，探头和光谱仪之间采用光纤进行信号传输。