當市電正常為380/220VAC時，直流主回路有直流電壓，供給DC-AC交流逆變器，輸出穩定的220V或380V交流電壓，同時市電經整流后對電池充電。當任何時候市電欠壓或突然掉電，則由電池組通過隔離二極管開關向直流回路饋送電能。從電網供電到電池供電沒有切換時間。當電池能量即將耗盡時，不間斷電源發出聲光報警，并在電池放電下限點停止逆變器工作，長鳴告警。不間斷電源還有過載保護功能，當發生超載（150%負載）時，跳到旁路狀態，并在負載正常時自動返回。當發生嚴重超載（超過200%額定負載）時，不間斷電源立即停止逆變器輸出并跳到旁路狀態，此時前面輸入空氣開關也可能跳閘。消除故障后，只要合上開關，重新開機即開始恢復工作。
在使用電池的時代之前，不間斷電源曾經使用飛輪和內燃機為負載提供電能供應，這種不間斷電源被稱為飛輪式或旋轉式不間斷電源。飛輪式不間斷電源由整流器、直流電動機、飛輪、柴油機（或汽油機）及發電機等組成。在電網供電的情況下，由整流器提供的直流電驅動電動機帶動飛輪旋轉，并且帶發電機為負載供電。由于飛輪的慣性作用，發電機轉速可以保持均衡，此時不間斷電源起過濾電網干擾的作用。當電網斷電后，飛輪繼續帶動發電機的轉子旋轉，同時啟動柴油機帶動發電機發電，替代原有電網為負載供電。
由于飛輪式不間斷電源使用內燃機提供電力，會產生較大的噪音同時體積也較大，因此目前一般僅被用于應急情況和一些自然狀況惡劣的場合，通常情況下不間斷電源會使用蓄電池來提供電力。
蓄電池式不間斷電源
自二十世紀六十年代美國通用電氣公司研究生產不間斷電源以來，不間斷電源一直在被改進，但是其基本原理沒有重大變化。
現代的不間斷電源由電池組、逆變器和控制電路組成，一端連接電網另一端連接電器負載。在電網電壓正常的情況下，不間斷電源利用電網電源為自身充電，在電網出現異常的時候，不間斷電源將存儲于電池中的電能釋放，供負載使用。它按工作方式通常分為在線式和后備式（亦稱為離線式）兩種；按輸出波形可分為正弦型、近似正弦型（用階梯方波來擬合正弦波）等。
率、高可靠性
由于IT 設備不斷增多、用電量加劇、機房面積緊張、低耗節能需求等客觀因素的存在，率、高可靠性的UPS 技術倍受關注。為提高UPS 運行效率，高性能電力電子器件不斷被研發成功并投入實際應用，如IGBT、MOSFET、GTR、智能功率模塊IPM、MOS 控制晶閘管MCT 等，變流技術也需要隨著電力電子器件而更新。此外，業界正逐步推廣UPS 內部多模塊冗余并聯運行、甚至多臺UPS 組成的系統冗余運行技術，在并聯運行中，當單一模塊或單機發生故障時，其功能則自動轉由冗余單元承擔，大大提高了UPS 供電系統的可靠性。