Il convertitore di coppia è costituito da una camera di forma toroidale costituito da tre elementi:

• Una pompa (o impulsore) centrifuga connessa all’albero motore, che conferisce al flusso d’olio in essa contenuta la spinta necessaria al movimento
• Una turbina, solidale alla parte condotta, raccoglie il flusso dell’olio e ne riceve la spinta che trasmette al cambio
• Il reattore, solidale alla scatola del cambio, che serve a modificare la direzione del flusso d’olio proveniente dalla turbina prima che esso ritorni nell’impulsore. Questo terzo elemento permette al convertitore di avere, allo spunto, una coppia di uscita alla turbina superiore alla coppia di entrata all’impulsore.

Le parti sono tra loro affacciate ma non in contatto, e la camera è riempita con un fluido (solitamente un olio poco viscoso).

La pompa è essenzialmente una ruota dotata di palette disposte radialmente che ruotando spinge il fluido verso l’esterno per effetto della forza centrifuga. Il liquido acquista anche un momento angolare. La turbina è similmente costituita da una ruota a palette. Il liquido spostato verso l’esterno del dispositivo dalla pompa è costretto a rientrare verso il centro attraverso le pale della turbina, trascinandola in rotazione. Una volta ritornato al centro, il fluido è di nuovo espulso dalla turbina completando il ciclo.

Anche con la sezione turbina ferma, il movimento a spirale del fluido produce un momento torcente in uscita. La coppia uscente può anche essere superiore a quella di entrata, da cui il nome del dispositivo: una bassa coppia ad alta velocità angolare viene convertita in una coppia elevata a bassa velocità.

Quando l’albero di ingresso ruota a bassa velocità, il dispositivo diventa poco efficiente (si dice che è in stallo), e solo una parte della coppia in entrata è presente in uscita. Questo comportamento permette di sostituire la frizione con il convertitore di coppia, ma con un’importante differenza. A motore spento infatti non viene trasferita alcuna coppia dalle ruote verso il motore, e viene a mancare l’effetto di blocco che normalmente si ha in un veicolo con cambio manuale e frizione. Per questo motivo nei veicoli con cambio automatico è prevista una apposita funzione di parcheggio che blocca meccanicamente la trasmissione

Il convertitore di coppia, per sua stessa natura presenta uno slittamento, che provoca una perdita di energia sotto forma di calore disperso dal fluido. Per aumentare l’efficienza energetica, i moderni convertitori integrano un sistema a frizione che unisce meccanicamente pompa e turbina quando il computer di bordo rileva una velocità di crociera uniforme. Questo procedimento detto "lock up" ha la funzione inoltre, nel momento del rilascio del pedale acceleratore, di poter avere freno motore come nelle trasmissioni manuali. Questi dispositivi sono detti convertitori di coppia bloccabili (in inglese locking torque converter).