手机自动化测试的原理为PC上一个控制端（测试工具）与手机上的一个agent端，通过串口、USB或者无线 方式将PC与手机终端相连，然后应用测试工具向手机发送请求或者命令，手机收到命令或者请求后，交给agent端解析，然后agent将这些解析的命令下 发给手机的各个功能模块所能识别的命令，调用那些功能模块模拟操作。完成这些操作后，手机会返回一些信息，agent可以抓取这些信息，然后传回给PC 端，这样就完成了一个完整的手机自动化测试。
现在已经有大量的Android自动化测试架构或工具可供我们使用，其中包括：Activity Instrumentation, MonkeyRunner, Robotium, 以及Robolectric。
另外LessPainful也提供服务来进行真实设备上的自动化测试。
Android自身提供了对 instrumentation测试的基本支持，其中之一就是位于android.test包内的 ActivityInstrumentationTestCase2类，它扩展了JUnit的TestCase类来提供Android activities的功能测试。在应用测试中，每一个activity首先会被Instrumentation初始化，然后再加载到Android模拟 器或设备的Dalvik虚拟机中来执行。
Android SDK自带一个测试工具MonkeyRunner，它提供的API和执行环境可以运行Python语言编写的测试代码。它提供API来连接设备，安装/卸 载应用，运行应用，截屏，比对图片来判断特定命令执行后的屏幕是否包含预期信息，以及运行对应用的测试。MonkeyRunner使用 ActivityInstrumentationTestCase2, ProviderTestCase，ServiceTestCasek, SingleLaunchActivityTestCase及其他类来定义测试用例，并使用InstrumentationTestRunner类来运行 测试。
Robotium是另一种通过 InstrumentationTestRunner来完成Android交互式测试的架构，它横跨多个 activities，支持功能测试，系统测试和接收测试。Robotium支持Activities、Dialogs、Toasts、Menus、 Context Menus甚至Honeycomb，并且它可以同Maven和Ant集成来完成持续集成测试。Robotium被称之为针对Android应用的又一个 Selenium。
Robolectric另辟蹊径，它并不依赖于 Android提供的测试功能，它使用了shadow objects并且运行测试于普通的工作站/服务器JVM，不像模拟器或设备需要dexing（Android dex编译器将类文件编译成Android设备上的Dalvik VM使用的格式），打包，部署和运行的过程，大大减少了测试执行的时间。Pivotal实验室声称使用Robolectric可以在28秒内运行1047 个测试。
LessPainful将Android测试又推进了一 步，它提供了一个多设备平台自动化测试的服务。用户上传应用(*.apk)和用Cucumber（一种业务相关的DSL）编写的测试文件，选择测试运行需 要的设备配置，最后测试将自动执行并生成测试报告。它支持的设备包括 Garmin Asus，几款HTC，LG，Samsung Galaxy，Sony Xperia和Motorola Motodefy。
