Ein Elektromagnet funktioniert nach dem Prinzip, dass ein elektrischer Strom nicht nur Elektronen in einem Stromkreis fließen lässt, sondern auch ein kleines Magnetfeld erzeugt. Wenn ein elektrisch leitender Draht aufgewickelt wird, wird das Magnetfeld noch stärker. Eisen- oder Stahlgegenstände, die von diesem aufgewickelten elektrischen Draht umgeben sind, werden ebenfalls magnetisiert. Diese Kombination aus elektronischer Energie, gewickelter Verdrahtung und leitfähigem Metallobjekt bildet die Grundlage des Geräts.
Es ist vielleicht einfacher, sich einen Elektromagneten als Elektronenmagneten und nicht als Elektromagneten vorzustellen. Relevant ist der freie Elektronenfluss in einem Stromkreis und ihre Auswirkungen auf den sie tragenden Draht. Es ist möglich, die Grundprinzipien mit einem Vorrat an blanken Kupferkabeln, einer chemischen Batterie der Größe D und einem Eisen- oder Stahlnagel zu demonstrieren.
Die Reaktion zwischen den Metallen und der Säure in chemischen Batterien führt dazu, dass sich viele freie Elektronen in der Nähe des negativen Pols (-) sammeln, im Allgemeinen das Ende mit einer leichten Depression. Wenn jemand das negative Ende der Batterie mit dem Pluspol (+) verbindet, fließen alle diese Elektronen durch den Draht zum Pluspol und gelangen schließlich zurück zum Minuspol. Da nichts ihren Weg entlang des Kabels blockiert, wie etwa eine Glühbirne oder ein Motor, werden die Elektronen bald aufhören zu fließen und die Batterie wird „sterben“.
Die fließenden Elektronen laufen jedoch nicht nur in einem Stromkreis durch den Draht. Durch die Bewegung der Elektronen bildet sich um den Draht ein leichtes Magnetfeld. Dieses Feld ist nicht besonders stark, solange der Draht gerade bleibt, aber das Wickeln des Drahtes in engen Spiralen wird das Magnetfeld um ein Vielfaches verstärken, da die Oberfläche des Drahtes kondensiert wird.
Der gewickelte Draht kann ein messbares Magnetfeld erzeugen, das eine Kompassanzeige oder kleine Eisenspäne beeinflussen kann, aber es braucht immer noch ein Mittel, um die gesamte Energie zu bündeln. Hier kommt der Eisen- oder Stahlnagel ins Spiel. Wird der die Elektronen tragende Draht fest um ein magnetisierbares Metall gewickelt, wird das Metall selbst zum Elektromagneten. Solange Strom von der Batterie oder einer anderen Stromquelle durch den gewickelten Draht fließt, hat der Metallkern alle Kraft und Eigenschaften eines natürlichen Magneten, einschließlich positiver und negativer Pole und der Fähigkeit, andere Magnete anzuziehen oder abzustoßen.
Diese Fähigkeit, andere Magnetfelder abwechselnd anzuziehen und abzustoßen, führt direkt zur Schaffung eines Elektromotors. Die Welle eines Elektromotors ist nichts anderes als gewickelte Drähte, die mit einer Stromquelle verbunden sind. Da der Elektromagnet zwischen positiver und negativer Polarität wechselt, wird er von den ihn umgebenden Permanentmagneten entweder angezogen oder abgestoßen. Dadurch dreht sich die Welle schnell in eine Richtung und der Motor kann basierend auf dieser Bewegung Arbeit verrichten.