Elektromagnes działa na zasadzie, że prąd elektryczny nie tylko umożliwia przepływ elektronów w obwodzie, ale także generuje niewielkie pole magnetyczne. Kiedy drut przewodzący prąd jest zwinięty, pole magnetyczne staje się jeszcze silniejsze. Przedmioty z żelaza lub stali otoczone tym zwiniętym drutem elektrycznym również ulegają namagnesowaniu. To połączenie energii elektronicznej, spiralnego okablowania i przewodzącego przedmiotu metalowego stanowi podstawę urządzenia.
Łatwiej jest myśleć o elektromagnesie jak o magnesie elektronowym, a nie o magnesie elektrycznym. Istotny jest swobodny przepływ elektronów w obwodzie i ich wpływ na przewód je przenoszący. Możliwe jest zademonstrowanie podstawowych zasad przy użyciu gołego okablowania miedzianego, baterii chemicznej rozmiaru D i gwoździa żelaznego lub stalowego.
Reakcja między metalami a kwasem w akumulatorach chemicznych powoduje, że w pobliżu bieguna ujemnego (-) gromadzi się dużo wolnych elektronów, zazwyczaj na końcu z lekkim zagłębieniem. Jeśli ktoś połączy ujemny koniec baterii z dodatnim biegunem (+), wszystkie te elektrony przepłyną przez przewód w kierunku dodatniego bieguna i ostatecznie powrócą do ujemnego końca. Ponieważ nic nie blokuje ich ścieżki wzdłuż przewodu, jak żarówka lub silnik, elektrony wkrótce przestaną płynąć, a bateria „umrze”.
Przepływające elektrony robią jednak coś więcej niż tylko przepływają przez drut w obwodzie. Ruch elektronów powoduje powstawanie wokół drutu niewielkiego pola magnetycznego. To pole nie jest szczególnie silne, o ile drut pozostaje prosty, ale zwijanie drutu w ciasne spirale wielokrotnie wzmacnia pole magnetyczne w miarę kondensacji powierzchni drutu.
Zwinięty drut może generować mierzalne pole magnetyczne, które może wpływać na odczyt kompasu lub małe opiłki żelaza, ale nadal potrzebuje środków do skupienia całej energii. W tym miejscu wkracza żelazny lub stalowy gwóźdź. Jeśli drut przenoszący elektrony jest ciasno owinięty wokół metalu, który może być namagnesowany, sam metal staje się elektromagnesem. Dopóki prąd płynie przez zwinięty drut z akumulatora lub innego źródła energii elektrycznej, metalowy rdzeń będzie miał całą moc i właściwości naturalnego magnesu, w tym bieguny dodatnie i ujemne oraz zdolność przyciągania lub odpychania innych magnesów.
Ta zdolność do alternatywnego przyciągania i odpychania innych pól magnetycznych prowadzi bezpośrednio do powstania silnika elektrycznego. Wał silnika elektrycznego to nic innego jak zwinięte druty podłączone do źródła energii elektrycznej. Ponieważ elektromagnes zmienia biegunowość dodatnią i ujemną, jest albo przyciągany, albo odpychany przez otaczające go magnesy trwałe. Powoduje to szybki obrót wału w jednym kierunku i umożliwia silnikowi wykonywanie pracy w oparciu o ten ruch.