由于旋轉變壓器在結構上保證了其定子和轉子（旋轉一周）之間空氣間隙內磁通分布符合正弦規律，因此，當激磁電壓加到定子繞組時，通過電磁耦合，轉子繞組便產生感應電勢。圖2為兩極旋轉變壓器電氣工作原理圖。圖中Z為阻抗。

設加在定子繞組S1S2的激磁電壓為

根據電磁學原理，轉子繞組B1B2中的感應電勢則為：

式中K——旋轉變壓器的變比；Vm-Vs的幅值；θ——轉子的轉角，當轉子和定子的磁軸垂直時，θ=0。如果轉子安裝在機床絲杠上，定子安裝在機床底座上，則θ角代表的是絲杠轉過的角度，它間接反映了機床工作臺的位移。由上式可知，轉子繞組中的感應電勢VB為以角速度ω隨時間t變化的交變電壓信號。其幅值KVmsinθ隨轉子和定子的相對角位移θ以正弦函數變化。因此，只要測量出轉子繞組中的感應電勢的幅值，便可間接地得到轉子相對于定子的位置，即θ角的大小。

旋轉變壓器的工作原理和普通變壓器基本相似，區別在于普通變壓器的原邊、副邊繞組是相對固定的，所以輸出電壓和輸入電壓之比是常數，而旋轉變壓器的原邊、副邊繞組則隨轉子的角位移發生相對位置的改變，因而其輸出電壓的大小隨轉子角位移而發生變化，輸出繞組的電壓幅值與轉子轉角成正弦、余弦函數關系，或保持某一比例關系，或在一定轉角范圍內與轉角成線性關系。旋轉變壓器在同步隨動系統及數字隨動系統中可用于傳遞轉角或電信號；在解算裝置中可作為函數的解算之用，故也稱為解算器。

旋轉變壓器一般有兩極繞組和四極繞組兩種結構形式。兩極繞組旋轉變壓器的定子和轉子各有一對磁極，四極繞組則各有兩對磁極，主要用于高精度的檢測系統。除此之外，還有多極式旋轉變壓器，用于高精度絕對式檢測系統。