オルタネーターの基本原理はコイルを電機子とし、永久磁石を界磁とする永久磁石同期発電機である。コイルと永久磁石を近づけたり遠ざけたりすることでコイルの中を通る磁束密度を変化させ、電磁誘導によりコイルに発生する電流を交流として取り出す。多くの場合、永久磁石かコイルの一方を回転させ、もう一方を固定するが、回転する側を回転子(英: rotor)、固定される側を固定子(英: stator)と呼ぶ。永久磁石とコイルの相対的な位置関係を直線的に往復させるものもあり、リニアオルタネーター(英語版)(英: linear alternator)と呼ばれる。
オルタネーターで発電された交流電流は整流器(レクチファイア、英: rectifier)によって直流電流に変換される。ダイオードを用いた半導体整流器が利用される。また、オルタネーターは回転速度が高くなるほど高い電圧を発生するため、電圧レギュレータ(英: voltage regulator)によって一定に保たれる(整流器と一体化した「レギュレートレクチファイア」などもある)。古くはリレーと抵抗器を用いて段階制御していたが、近年は集積回路(IC)で電圧を制御している。整流器とICを利用した電圧レギュレータは冷却フィンが備えられたアルミダイカストのケースに納められ、オルタネーターのケースに固定されている場合が多い。
オルタネーターは発電機の特性上、負荷が多かった(より高出力の電力を得ようとしてプーリー比を変えたり回転子の電力を上げ磁力を増すと発電時の抵抗が増す)が、固定子の改良により負荷が軽減されたものが社外品として発売されている。