Ένας ηλεκτρομαγνήτης λειτουργεί με την αρχή ότι ένα ηλεκτρικό ρεύμα όχι μόνο επιτρέπει στα ηλεκτρόνια να ρέουν σε ένα κύκλωμα, αλλά επίσης δημιουργεί ένα μικρό μαγνητικό πεδίο. Όταν τυλίγεται ένα καλώδιο που μεταφέρει ηλεκτρισμό, το μαγνητικό πεδίο γίνεται ακόμα πιο ισχυρό. Τα αντικείμενα από σίδηρο ή χάλυβα που περιβάλλονται από αυτό το κουλουριασμένο ηλεκτρικό καλώδιο μαγνητίζονται επίσης. Αυτός ο συνδυασμός ηλεκτρονικής ενέργειας, περιελιγμένης καλωδίωσης και αγώγιμου μεταλλικού αντικειμένου αποτελεί τη βάση της συσκευής.
Ίσως είναι ευκολότερο να σκεφτούμε έναν ηλεκτρομαγνήτη ως μαγνήτη ηλεκτρονίων, όχι ως ηλεκτρικό μαγνήτη. Αυτό που έχει σημασία είναι η ελεύθερη ροή ηλεκτρονίων σε ένα κύκλωμα και οι επιπτώσεις τους στο σύρμα που τα μεταφέρει. Είναι δυνατό να επιδείξετε τις βασικές αρχές χρησιμοποιώντας μια παροχή γυμνής καλωδίωσης χαλκού, μια χημική μπαταρία μεγέθους D και ένα καρφί από σίδηρο ή χάλυβα.
Η αντίδραση μεταξύ των μετάλλων και του οξέος στις χημικές μπαταρίες προκαλεί τη συλλογή πολλών ελεύθερων ηλεκτρονίων κοντά στον αρνητικό στύλο (-), γενικά στο τέλος με μια ελαφρά πίεση. Εάν κάποιος συνδέσει το αρνητικό άκρο της μπαταρίας με τον θετικό στύλο (+), όλα αυτά τα ηλεκτρόνια θα ρέουν μέσω του σύρματος προς τον θετικό στύλο και τελικά θα επιστρέψουν στο αρνητικό άκρο. Δεδομένου ότι δεν υπάρχει τίποτα που εμποδίζει την πορεία τους κατά μήκος του σύρματος, όπως ένας λαμπτήρας ή ένας κινητήρας, τα ηλεκτρόνια σύντομα θα σταματήσουν να ρέουν και η μπαταρία θα «πεθάνει».
Ωστόσο, τα ρέοντα ηλεκτρόνια κάνουν περισσότερα από το να διατρέχουν το καλώδιο σε ένα κύκλωμα. Η κίνηση των ηλεκτρονίων προκαλεί το σχηματισμό ενός ελαφρού μαγνητικού πεδίου γύρω από το σύρμα. Αυτό το πεδίο δεν είναι ιδιαίτερα ισχυρό όσο το σύρμα παραμένει ίσιο, αλλά η περιέλιξη του σύρματος σε σφιχτές σπείρες θα ενισχύσει το μαγνητικό πεδίο πολλές φορές καθώς η επιφάνεια του σύρματος συμπυκνώνεται.
Το τυλιγμένο σύρμα μπορεί να δημιουργήσει ένα μετρήσιμο μαγνητικό πεδίο που μπορεί να επηρεάσει την ένδειξη της πυξίδας ή τα μικρά ρινίσματα σιδήρου, αλλά εξακολουθεί να χρειάζεται ένα μέσο για να εστιάσει όλη την ενέργεια. Εδώ μπαίνει το καρφί από σίδηρο ή χάλυβα. Εάν το σύρμα που μεταφέρει τα ηλεκτρόνια τυλιχτεί σφιχτά γύρω από ένα μέταλλο που μπορεί να μαγνητιστεί, το ίδιο το μέταλλο γίνεται ηλεκτρομαγνήτης. Όσο το ρεύμα συνεχίζει να ρέει μέσω του κουλουριασμένου σύρματος από την μπαταρία ή άλλη πηγή ηλεκτρισμού, ο μεταλλικός πυρήνας θα έχει όλη την ισχύ και τις ιδιότητες ενός φυσικού μαγνήτη, συμπεριλαμβανομένων των θετικών και αρνητικών πόλων και την ικανότητα να προσελκύει ή να απωθεί άλλους μαγνήτες.
Αυτή η ικανότητα εναλλακτικής έλξης και απώθησης άλλων μαγνητικών πεδίων οδηγεί άμεσα στη δημιουργία ενός ηλεκτροκινητήρα. Ο άξονας ενός ηλεκτροκινητήρα δεν είναι τίποτα άλλο από κουλουριασμένα καλώδια συνδεδεμένα με μια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Καθώς ο ηλεκτρομαγνήτης εναλλάσσεται μεταξύ θετικής και αρνητικής πολικότητας, είτε έλκεται είτε απωθείται από μόνιμους μαγνήτες που τον περιβάλλουν. Αυτό κάνει τον άξονα να περιστρέφεται γρήγορα προς μία κατεύθυνση και επιτρέπει στον κινητήρα να εκτελέσει εργασία με βάση αυτή την κίνηση.