En autotransformer har en enkelt vikling med to slutterminaler og en eller flere terminaler ved mellemliggende aftagspunkter. Det er en transformer, hvor primær- og sekundærspolerne har en del af deres vindinger til fælles. Den del af viklingen, der deles af både den primære og den sekundære vikling, kan og kaldes ofte for “den fælles del”. Den del af viklingen, som ikke deles af både primær og sekundær, kan og kaldes ofte “seriedelen”. Primærspændingen påføres over to af klemmerne. Den sekundære spænding tages fra to klemmer, hvoraf den ene klemme normalt er fælles med en primær spændingsklemme.
Da volt-per-vikling er den samme i begge viklinger, udvikler hver vikling en spænding i forhold til antallet af vindinger. I en autotransformer strømmer en del af udgangsstrømmen direkte fra indgangen til udgangen (gennem seriedelen), og kun en del overføres induktivt (gennem den fælles del), hvilket gør det muligt at anvende en mindre, lettere og billigere kerne, ligesom der kun er behov for en enkelt vikling. Spændings- og strømforholdet i autotransformere kan dog formuleres på samme måde som i andre toviklede transformere:
V 1 V 2 = N 1 N 2 = a {\displaystyle {\frac {V_{1}}}{V_{2}}}}={\frac {N_{1}}}{N_{2}}}=a}
(0<V2<V1)
Ampere-turns, der leveres af viklingens seriedel:
F S = ( N 1 – N 2 ) I 1 = ( 1 – 1 a ) N 1 I 1 I 1 {\displaystyle F_{S}=(N_{1}-N_{2})I_{1}=\left(1-{\frac {1}{a}}}\right)N_{1}I_{1}}}
Ampereturene i viklingens fælles sektion:
F C = N 2 ( I 2 – I 1 ) = N 1 a ( I 2 – I 1 ) {\displaystyle F_{C}=N_{2}(I_{2}-I_{1})={{\frac {N_{1}}}{a}}(I_{2}-I_{1}})}
For ampere-turn balance, FS = FC:
( 1 – 1 a ) N 1 I 1 = N 1 a ( I 2 – I 1 ) {\displaystyle \left(1-{\frac {1}{a}}}\right)N_{1}I_{1}={\frac {N_{1}}}{a}}}(I_{2}-I_{1})}
Derfor:
I 1 I 2 = 1 a {\displaystyle {\frac {I_{1}}}{I_{2}}}}={\frac {1}{a}}}}
Den ene ende af viklingen er normalt forbundet i fælles forbindelse med både spændingskilden og den elektriske belastning. Den anden ende af kilden og belastningen er forbundet til aftag langs viklingen. Forskellige aftag på viklingen svarer til forskellige spændinger, målt fra den fælles ende. I en step-down-transformer er kilden normalt forbundet over hele viklingen, mens belastningen kun er forbundet med en aftapning over en del af viklingen. I en step-up-transformer er belastningen omvendt tilsluttet over hele viklingen, mens kilden er forbundet med en aftapning over en del af viklingen. For en step-up transformer er subscripterne i ovenstående ligninger omvendt, idet N2 og V2 i denne situation er større end henholdsvis N1 og V1.
Som i en transformer med to viklinger er forholdet mellem sekundær- og primærspændinger lig med forholdet mellem antallet af vindinger i den vikling, de er tilsluttet. For eksempel vil tilslutning af belastningen mellem midten af viklingen og den fælles terminalende af viklingen i autotransformatoren resultere i, at udgangsspændingen for belastningen er 50% af primærspændingen. Afhængigt af anvendelsen kan den del af viklingen, der udelukkende anvendes i den del med højere spænding (lavere strømstyrke), være viklet med tråd af mindre tykkelse, selv om hele viklingen er direkte forbundet.
Hvis en af midteraftagene anvendes til jord, kan autotransformatoren anvendes som en balun til at konvertere en balanceret linje (forbundet til de to endeaftag) til en ubalanceret linje (den side med jord).