轉矩轉速傳感器的工作原理是通過多種方式實現的。

首先，轉矩轉速傳感器主要由扭力軸、磁檢測器、轉筒及殼體等部分組成。磁檢測器包含配對的兩組內、外齒輪，永久磁鋼和感應線圈。外齒輪裝在扭力軸測量段兩端，內齒輪在轉筒內與外齒輪相對，永久磁鋼緊接內齒輪裝在轉筒內，它們構成環狀閉合磁路，感應線圈固定在殼體兩端蓋內。在驅動電機帶動下，內齒輪隨轉筒旋轉，內外齒輪相對轉動時，齒頂與齒槽交替，工作氣隙周期變化，磁路的磁阻和磁通也相應周期變化，使線圈中感應出近似正弦波的電壓訊號，其電壓瞬時值變化與內外齒輪相對位置一致。若兩組檢測器齒輪投影重合，兩組電壓訊號相位差為零，安裝時內齒輪投影重合，而扭力軸上外齒輪錯動半個齒，所以兩個電壓訊號有半個周期相位差。當扭力軸受扭矩產生扭角，外齒輪錯位角改變，兩個電壓訊號相差角也改變，扭角變化與扭矩成正比，將傳感器的兩個電壓訊號輸入TR-1轉矩轉速功率測量儀，經放大、整形、檢相、變換成計數脈沖，然后計數和顯示，就能直接讀出扭矩和轉速測量結果。

其次，轉矩轉速傳感器通過彈性軸、兩組磁電信號發生器，把被測轉矩、轉速轉換成有相位差的兩組交流電信號，這兩組交流電信號頻率相同且與軸轉速成正比，相位差變化部分與被測轉矩成正比。在彈性軸兩端有信號齒輪，上方有信號線圈和磁鋼，當信號齒輪隨軸轉動，齒頂及齒谷交替掃過磁鋼底部，使氣隙磁導周期性變化，線圈內磁通量也周期性變化，從而感生出近似正弦波交流電信號，可用于測量轉速。彈性軸受扭時產生扭轉變形，使兩組交流電信號相位差發生變化，在彈性變形范圍內，相位差變化絕對值與轉矩大小成正比。把這兩組交流電信號用專用屏蔽電纜線送入扭矩測量儀或扭矩卡送入計算機，可得轉矩、轉速及功率精確值。

另外，扭矩傳感器基于電阻應變計的電阻-應變效應工作，其作用原理類似電位器，兩個輸入端子連接到電控單元的VCC和GND端口，分別為+5V和0V，實現扭矩測量。