Az autotranszformátor egyetlen tekercseléssel rendelkezik, két végkapoccsal és egy vagy több kapoccsal a köztes csapolási pontokon. Ez egy olyan transzformátor, amelyben az elsődleges és a másodlagos tekercsek fordulatainak egy része közös. A tekercsnek az elsődleges és a másodlagos tekercs által közösen használt részét “közös szakasznak” is nevezhetjük, és gyakran nevezik is. A tekercselésnek azt a részét, amelyen az elsődleges és a szekunder nem osztozik, “soros szakasznak” is nevezhetjük, és gyakran nevezik is. A primer feszültséget a két kapocs között alkalmazzák. A szekunder feszültséget két kapocsról veszik le, amelyek közül az egyik kapocs általában közös a primer feszültségű kapoccsal.
Mivel a fordulatonkénti feszültség mindkét tekercsben azonos, mindegyik a fordulatszámával arányos feszültséget fejleszt. Egy autotranszformátorban a kimeneti áram egy része közvetlenül a bemenetről a kimenetre folyik (a soros szakaszon keresztül), és csak egy része kerül át induktív módon (a közös szakaszon keresztül), ami lehetővé teszi egy kisebb, könnyebb és olcsóbb mag használatát, valamint azt, hogy csak egyetlen tekercset igényel. Az autotranszformátorok feszültség- és áramaránya azonban ugyanúgy megfogalmazható, mint más kéttekercses transzformátoroké:
V 1 V 2 = N 1 N 2 = a {\displaystyle {\frac {V_{1}}{V_{2}}}={\frac {N_{1}}}{N_{2}}}=a}
(0<V2<V1)
A tekercs soros szakasza által szolgáltatott amperfordulatszám:
F S = ( N 1 – N 2 ) I 1 = ( 1 – 1 a ) N 1 I 1 {\displaystyle F_{S}=(N_{1}-N_{2})I_{1}=\left(1-{\frac {1}{a}}}\right)N_{1}I_{1}}}}
A tekercselés közös szakasza által biztosított amperfordulatok:
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})}
Amperfordulatmérleg esetén 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})}
Ezért:
I 1 I 2 = 1 a {\displaystyle {\frac {\frac {I_{1}}{I_{2}}}={\frac {1}{a}}}
A tekercs egyik vége általában a feszültségforrással és az elektromos terheléssel is közösen van összekötve. A forrás és a terhelés másik vége a tekercs mentén lévő csapokhoz csatlakozik. A tekercs különböző csapjai különböző feszültségeknek felelnek meg, a közös végtől mérve. A lefokozó transzformátorban a forrás általában a teljes tekercselésen keresztül van csatlakoztatva, míg a terhelés a tekercsnek csak egy részén van csapon keresztül csatlakoztatva. A felfelé fokozódó transzformátorban, fordítva, a terhelés a teljes tekercsre van csatlakoztatva, míg a forrás a tekercs egy részén lévő csaphoz van csatlakoztatva. Fokozati transzformátor esetén a fenti egyenletekben az indexek felcserélődnek, ahol ebben a helyzetben az N2 és V2 nagyobb, mint az N1 és V1.
Mint a kéttekercses transzformátorban a szekunder és primer feszültségek aránya egyenlő a tekercsek fordulatszámának arányával, amelyekhez csatlakoznak. Például a terhelésnek a tekercs közepe és az autotranszformátor tekercsének közös kapocsvégéhez való csatlakoztatása azt eredményezi, hogy a kimenő terhelés feszültsége a primer feszültség 50%-a lesz. Az alkalmazástól függően a tekercsnek azt a részét, amelyet kizárólag a nagyobb feszültségű (kisebb áramú) részhez használnak, kisebb nyomtávú huzallal is fel lehet tekerni, bár a teljes tekercs közvetlenül csatlakozik.
Ha a középső csapok egyikét földelésre használják, akkor az autotranszformátor balunként használható egy (a két végcsaphoz csatlakozó) szimmetrikus vonal szimmetrikus vezetékké alakítására (a földeléssel ellátott oldal).