直接測量式CEMS是指利用直接安裝在煙道內的傳感器或穿過煙道的特殊光束，無需對被測量成分進行采樣和處理而直接測定煙氣中污染物濃度的CEMS。

直接測量式又稱in—situ式、原位式或直插式，是一種結構相對比較簡單的煙氣在線監測技術。

直測式CEMS按照測量范圍一般分為兩類：一類是直接在煙道中測量的傳感器或發射一束光穿過煙道，利用煙氣的特征吸收光譜進行氣態污染物的分析測量，一般概念上的直測式CEMS即指這種系統；另一類指的是使用電化學或光電傳感器或光電傳感器，傳感器安裝在探頭的端部，探頭插入煙道，測量較小范圍內煙氣中污染物的濃度，相當于點測量。

根據儀器構造和測量點的位置不通過，直測式CEMS又可分為內置式和外置式；根據光源發射和接收端的位置和光纖是否兩次穿過被測煙氣，可分為單光程和雙光程。直測式CEMS有采用探頭和光譜儀緊湊相連的一體式結構，也有將采樣探頭和光譜分開的分體式結構，探頭和光譜儀之間采用光纖進行信號傳輸。