Tập tin:Primary ringdown.gifHình 2:chùm sóng sine trong cuộn sơ cấp kiêu dao đông tắt dầnTập tin:Seconary ringup.gifHỉnh 3:chùm sóng sine trong cuộn thứ cấp kiểu dao đông tăng biên độ dầnTập tin:Pimary Ringdown.jpgHình 4:chùm sóng sine trong cuộn sơ cấp mô phỏng bằng Proteus theo kiểu dao đông tắt dần

Khi hệ thống được cấp điện. Trong khoảnh khắc (1/2 chu kỳ điện lưới),Tụ điện C1 được nạp gần đầy tia lửa điện sẽ xuất hiện, cho phép năng lượng chứa trong C1 xả vào cuộn dây sơ cấp L1 (phần tô màu đỏ cam tong hình 4) tiếp theo là 1 loạt chuyển đổi năng lượng qua lại giữa C1 và L1 còn gọi là hiện tượng dao động cộng hưởng do tia lửa điện duy trì khoảng 5-->10 chu kỳ dao động của cuôn sơ cấp cũng là thời gian đủ cho năng lượng từ cuộn sơ cấp chuyển qua cuộn thứ cấp bằng hiện tượng hổ cảm, sóng tại cuộn thứ cấp có dạng theo hình 3. Cuối cùng, điện tích trong tụ C2 lên cao đến mức nó thoát ra dưới dạng tia lửa điện.

Trường điện từ tần số cao có thể thắp sáng các bóng đèn huỳnh quang cách xa vài bước chân mà không cần dây điện kết nối.

Trong một cuộn dây Tesla được thiết kế hoàn hảo, khi cuộn dây thứ cấp đạt mức điện tích tối đa, toàn bộ quá trình sẽ bắt đầu lại và thiết bị sẽ có khả năng tự duy trì. Tuy nhiên trong thực tế, điều này không xảy ra. Không khí bị đốt nóng ở khe đánh lửa sẽ kéo một số lượng điện từ các cuộn dây thứ cấp và quay trở lại khe đánh lửa, vì vậy cuối cùng cuộn dây Tesla sẽ hết năng lượng. Đây là lý do tại sao các cuộn dây phải được bổ sung năng lượng bằng cách nối với một nguồn cung cấp điện bên ngoài.

Nguyên tắc cơ bản đằng sau cuộn dây Tesla chính là hiện tượng cộng hưởng. Cộng hưởng sẽ xảy ra khi cuộn dây sơ cấp bắn dòng điện vào cuộn dây thứ cấp đúng thời điểm để tối đa hóa năng lượng chuyển vào các cuộn dây thứ cấp.

Một đặc điểm rất riêng của cuộn dây Tesla là nó hoạt động theo chế độ gián đoạn với duty của việc cấp năng vào cuộn Tesla rất nhỏ 1 phần mười ngàn (100 xung của tụ C1 xả vào cuộn dây L1 với tổng thời gian khoảng vài trăm micro giây) vì thế với công suất RMS khá nhỏ nhưng nó có thể phát ra những chùm sóng sine có năng lượng tức thời cực lớn (hàng megawatt) chính vì thế nó phóng những tia sét nhân tạo một cách rất ngoạn mục.

Mặc dù cuộn dây Tesla (Tesla coil) không còn được ứng dụng thực tế nhiều nữa, song phát minh của Tesla đã làm nên cuộc cách mạng về cách chúng ta hiểu và sử dụng điện.