Prinsip kerja generator set didasarkan pada hukum induksi elektromagnetik dan prinsip konversi energi. Intinya adalah menggerakkan rotor generator agar berputar menggunakan energi mekanik, menghasilkan gaya gerak listrik induksi pada belitan stator, sehingga menghasilkan energi listrik. Proses ini dapat dibagi menjadi empat tahap utama: masukan energi, transmisi mekanis, induksi elektromagnetik, dan keluaran energi listrik.
Tahap Masukan Energi Sumber energi untuk genset biasanya berupa bahan bakar fosil (diesel, gas alam) atau sumber energi terbarukan (tenaga angin, tenaga air). Ambil contoh genset diesel, bahan bakar diesel dicampur dengan udara di dalam silinder, dikompresi, dan dinyalakan, menghasilkan gas-bersuhu tinggi,-tekanan tinggi yang menggerakkan piston dalam gerakan linier bolak-balik. Gerak linier ini kemudian diubah menjadi gerak rotasi poros engkol melalui mekanisme batang penghubung. Dalam proses ini, energi kimia bahan bakar diubah menjadi energi panas melalui pembakaran, dan kemudian menjadi energi mekanik melalui struktur mekanis, sehingga menghasilkan tenaga untuk pembangkitan listrik berikutnya.
Tahap Transmisi Mekanis Gerakan putaran poros engkol langsung menggerakkan rotor generator melalui kopling. Rotor biasanya tersusun dari magnet permanen atau elektromagnet yang fungsinya membentuk medan magnet. Dalam generator sinkron, medan magnet rotor berputar relatif terhadap belitan stator, menciptakan perubahan fluks magnet; dalam generator asinkron, rotor menghasilkan medan magnet melalui arus induksi. Efisiensi sistem transmisi mekanis secara langsung mempengaruhi kinerja genset secara keseluruhan. Oleh karena itu, penting untuk memastikan keselarasan kopling dan transmisi yang mulus untuk mengurangi kehilangan energi.
Tahap Induksi Elektromagnetik Ketika medan magnet rotor memotong belitan stator, gaya gerak listrik induksi (EMF) dihasilkan pada belitan stator sesuai dengan hukum induksi elektromagnetik Faraday. Belitan stator umumnya mengadopsi struktur belitan tiga-fasa untuk menghasilkan arus bolak-balik tiga-fasa yang simetris. Besarnya EMF induksi sebanding dengan kuat medan magnet, kecepatan rotor, dan jumlah lilitan belitan. Misalnya, dalam jaringan listrik 50Hz, kecepatan rotor generator sinkron perlu dikontrol secara tepat pada 3000 rpm (generator dua{7}}kutub) atau 1500 rpm (generator empat-kutub) untuk memastikan frekuensi keluaran stabil.
Tahap Keluaran Daya Arus bolak-balik yang dihasilkan oleh belitan stator dialirkan keluar melalui slip ring dan sikat. Setelah pengatur tegangan menstabilkan tegangan keluaran, dihubungkan ke beban atau jaringan listrik melalui pemutus arus. Regulator tegangan mengontrol tegangan keluaran dengan mengatur arus eksitasi rotor agar tetap konstan di bawah perubahan beban. Misalnya, ketika peningkatan beban menyebabkan penurunan tegangan, regulator meningkatkan arus eksitasi, memperkuat medan magnet rotor, dan dengan demikian meningkatkan tegangan keluaran.