Princip činnosti generátorového soustrojí je založen na zákonu elektromagnetické indukce a principu přeměny energie. Jeho jádrem je pohánět rotor generátoru tak, aby se otáčel pomocí mechanické energie, generující indukovanou elektromotorickou sílu ve vinutí statoru, a tím vydávající elektrickou energii. Tento proces lze rozdělit do čtyř klíčových fází: vstup energie, mechanický přenos, elektromagnetická indukce a výdej elektrické energie.
Energetický vstupní stupeň Zdrojem energie pro soustrojí generátoru jsou obvykle fosilní paliva (nafta, zemní plyn) nebo obnovitelné zdroje energie (větrná energie, vodní energie). Vezmeme-li příklad dieselového generátoru, motorová nafta se ve válci smísí se vzduchem, stlačí se a zapálí, čímž vznikne plyn o vysoké -teplotě a vysokém- tlaku, který pohání píst vratným lineárním pohybem. Tento lineární pohyb je pak pomocí ojničního mechanismu převeden na rotační pohyb klikového hřídele. V tomto procesu se chemická energie paliva přeměňuje na tepelnou energii prostřednictvím spalování a poté na mechanickou energii prostřednictvím mechanické struktury, která poskytuje energii pro následnou výrobu energie.
Mechanický převodový stupeň Rotační pohyb klikového hřídele přímo pohání rotor generátoru přes spojku. Rotor je obvykle složen z permanentních magnetů nebo elektromagnetů, jejichž funkcí je vytvořit magnetické pole. V synchronním generátoru se magnetické pole rotoru otáčí vzhledem k vinutí statoru, čímž dochází ke změně magnetického toku; v asynchronním generátoru rotor generuje magnetické pole prostřednictvím indukovaného proudu. Účinnost mechanického převodového systému přímo ovlivňuje celkový výkon generátorového soustrojí. Proto je nutné zajistit přesné vyrovnání spojky a hladký převod pro snížení energetických ztrát.
Stupeň elektromagnetické indukce Když magnetické pole rotoru přeruší vinutí statoru, ve vinutí statoru se generuje indukovaná elektromotorická síla (EMF) podle Faradayova zákona elektromagnetické indukce. Statorová vinutí obecně využívají třífázovou strukturu vinutí, která generuje symetrický třífázový střídavý proud. Velikost indukovaného EMF je úměrná intenzitě magnetického pole, rychlosti rotoru a počtu závitů vinutí. Například v 50Hz rozvodné síti musí být rychlost rotoru synchronního generátoru přesně řízena na 3000 ot./min (dvou{7}}pólový generátor) nebo 1500 ot./min (čtyřpólový{9}}generátor), aby byla zajištěna stabilní výstupní frekvence.
Výkonový výstupní stupeň Střídavý proud generovaný statorovými vinutími je vyveden přes sběrací kroužky a kartáče. Poté, co regulátor napětí stabilizuje výstupní napětí, je připojen k zátěži nebo elektrické síti přes jistič. Regulátor napětí řídí výstupní napětí úpravou budicího proudu rotoru tak, aby byl konstantní při změnách zatížení. Například, když zvýšení zátěže způsobí pokles napětí, regulátor zvýší budicí proud, zesílí magnetické pole rotoru a tím zvýší výstupní napětí.