Vaihtovirtageneraattorin toimintaperiaate on hyvin yksinkertainen. Se on aivan kuten tasavirtageneraattorin perusperiaate. Se riippuu myös Faradayn sähkömagneettisen induktion laista, jonka mukaan virta indusoituu magneettikentän sisällä olevaan johtimeen, kun johtimen ja magneettikentän välillä on suhteellista liikettä.
Vaihtovirtageneraattorin toiminnan ymmärtämiseksi ajatellaan yhtä suorakulmaista kierrosta, joka on sijoitettu kahden vastakkaisen magneettinavan väliin, kuten kuvassa on esitetty.
Esitettäköön, että tämä yksikierroksinen kierrossilmukka ABCD voi pyöriä akseleita a-b vasten? 90o-kierron jälkeen silmukan sivu AB tai johdin AB tulee S-navan eteen ja johdin CD tulee N-navan eteen. Tässä asennossa johtimen AB tangentiaalinen liike on juuri kohtisuorassa N-napasta S-napaan kulkevia magneettivuon linjoja vastaan. Johtimen AB aiheuttama vuonleikkaus on siis suurimmillaan tässä kohdassa, ja tämän vuonleikkauksen vuoksi johtimeen AB syntyy indusoitunut virta, ja indusoituneen virran suunta voidaan määrittää Flemingin oikean käden säännön avulla. Tämän säännön mukaan tämän virran suunta on A:sta B:hen. Samaan aikaan johdin CD tulee N-navan alle ja tässäkin tapauksessa, jos sovellamme Flemingin oikean käden sääntöä, saamme indusoidun virran suunnan ja se on C:stä D:hen.
Nyt, kun kierros ABCD on käännetty myötäpäivään vielä 90o, se tulee pystysuoraan asentoon alla olevan kuvan mukaisesti. Tässä asennossa johtimien AB ja CD tangentiaalinen liike on juuri samansuuntainen magneettivuon linjojen kanssa, joten johtimessa ei ole vuon leikkausta eli ei virtaa.
Kun käänne ABCD tulee vaakasuorasta asennosta pystysuoraan asentoon, vuon linjojen ja johtimen liikesuunnan välinen kulma pienenee 90o:sta 0o:aan, ja näin ollen käänteeseen indusoitunut virta pienenee nollaan maksimiarvostaan.
Muutaman 90o:n myötäpäiväkierron jälkeen käänne tulee jälleen vaakasuoraan asentoon, ja tässä johdin AB tulee N-napaan ja CD S-napaan, ja tässä tapauksessa, jos sovellamme jälleen Flemingin oikean käden sääntöä, huomaamme, että johdin AB:n indusoima virta kulkee pisteestä B pisteeseen A ja johdin CD:n indusoima virta kulkee D:stä C:hen.
Koska tässä asennossa käänne tulee pystyasennostaan vaakasuoraan, virta johtimissa tulee nollasta maksimiarvoonsa. Tämä tarkoittaa, että virta kiertää läheisessä kierteessä pisteestä B pisteeseen A, pisteestä A pisteeseen D, pisteestä D pisteeseen C ja pisteestä C pisteeseen B, edellyttäen, että silmukka on suljettu, vaikka sitä ei tässä näytetä. Tämä tarkoittaa, että virta on päinvastainen kuin edellisessä vaakasuorassa asennossa, jolloin virta kiersi seuraavasti: A → B → C → D → A.
Kun käänne etenee edelleen pystysuoraan asentoonsa, virta pienenee jälleen nollaan. Jos kääntö siis jatkaa pyörimistä, virta puolestaan vaihtaa jatkuvasti suuntaansa. Kierroksen jokaisen täyden kierroksen aikana virta puolestaan saavuttaa vähitellen maksimiarvonsa, pienenee sitten nollaan ja saavuttaa taas maksimiarvonsa, mutta vastakkaiseen suuntaan, ja taas nollautuu. Tällä tavoin virta täyttää yhden täyden siniaaltokierroksen jokaisen 360 asteen kierroksen aikana. Olemme siis nähneet, miten vaihtovirta syntyy, kun vuoro pyörii magneettikentän sisällä. Tästä pääsemme nyt vaihtovirtageneraattorin varsinaiseen toimintaperiaatteeseen.
Sijoitetaan nyt yksi kiinteä harja kummallekin liukurenkaalle. Jos yhdistämme ulkoisen kuorman kaksi napaa näihin kahteen harjaan, saamme kuormaan vaihtovirran. Tämä on vaihtovirtageneraattorin alkeismallimme.
Kun olemme ymmärtäneet vaihtovirtageneraattorin hyvin perustavanlaatuisen toimintaperiaatteen, tutustukaamme nyt käytännön vaihtovirtageneraattorin perustoimintaperiaatteeseen. Vaihtovirtageneraattorin perustoimintaperiaatetta käsitellessämme olemme katsoneet, että magneettikenttä on paikallaan ja johtimet (ankkuri) pyörivät. Vaihtovirtageneraattorin käytännön rakenteessa ankkurijohtimet ovat kuitenkin yleensä paikallaan ja kenttämagneetit pyörivät niiden välissä. Vaihtovirtageneraattorin tai synkronigeneraattorin roottori on mekaanisesti kytketty akseliin tai turbiinin lapoihin, jotka saadaan pyörimään synkroninopeudella Ns jonkin mekaanisen voiman vaikutuksesta, mikä johtaa staattoriin sijoitettujen paikallaan olevien ankkurijohtimien magneettivuon leikkaamiseen.
Tämän vuon leikkautumisen välittömänä seurauksena ankkurijohtimien läpi alkaa kulkea indusoitua emf:ää ja virtaa, jotka kulkevat ensin yhteen suuntaan ensimmäisen puolen jakson ajan ja sitten toiseen suuntaan toisen puolen jakson ajan kunkin käämin osalta 120o:n viiveellä, mikä johtuu niiden välisestä 120o:n tilasiirtymästä, kuten alla olevassa kuvassa esitetään. Tämän ilmiön seurauksena generaattorista virtaa kolmivaiheinen teho, joka siirretään jakeluasemille kotitalous- ja teollisuuskäyttöön.