Một mạch khuếch đại thuật toán thông dụng có 2 đầu vào và 1 đầu ra. Điện áp đầu ra bằng bội số của sai biệt điện áp hai đầu vào:

Vout = G(V+ − V−)

G là độ lợi vòng hở của mạch khuếch đại thuật toán. Đầu vào được giả định có tổng trở rất cao; Dòng điện đi vào hoặc ra ở đầu vào sẽ không đáng kể. Đầu ra được giả định có tổng trở rất thấp.

Nếu đầu ra được đưa trở về đầu vào đảo sau khi được chia bằng một bộ phân áp K = R 1 R 1 + R 2 {\displaystyle K={\frac {R_{1}}{R_{1}+R_{2}}}} , nên:

Kết cấu của một mạch khuếch đại thuật toán ráp thành mạch khuếch đại không đảo cơ bản. V + = V i n {\displaystyle V_{+}=V_{in}} V − = K V o u t {\displaystyle V_{-}=KV_{out}} V o u t = G ( V i n − K V o u t ) {\displaystyle V_{out}=G{\bigl (}V_{in}-KV_{out})}

Để tính V o u t V i n {\displaystyle {\frac {V_{out}}{V_{in}}}} , chúng ta thấy là một hệ số khuếch đại tuyến tính với độ lợi là:

Vout/Vin = G /(1 + G K)'

Nếu G rất lớn, Vout/Vin sẽ gần bằng 1/K, bằng 1 + (R2/R1).

Kiểu nối hồi tiếp âm như thế này được sử dụng rất thường xuyên nhưng có thể có nhiều biến thể khác nhau, làm cho nó trở nên một trong những khối linh hoạt nhất trong tất cả các khối lắp đặt điện tử.

Khi được nối trong một vòng hồi tiếp âm, mạch khuếch đại thuật toán sẽ cố gắng điều chỉnh Vout sao cho điện áp vào sẽ càng gần nhau. Điều này, cùng với tổng trở đầu vào cao dđôi khi được xem là 2 nguyên tắc vàng của thiết kế mạch khuếch đại thuật toán (đối với những mạch có hồi tiếp âm) đó là::

1. Không có dòng điện đi vào đầu vào.
2. Điện áp ở 2 đầu vào phải gần bằng nhau.

Có ngoại lệ là nếu điện áp ra cần thiết lại vượt quá nguồn điện cung cáp cho mạch, điện áp ra sẽ gần bằng với mức ngưỡng của nguồn cấp, VS+ hoặc VS−.

Hầu hết các mạch khuếch đại thuật toán đơn, đôi hoặc bộ tứ đều có các thứ tự chân ra theo tiêu chuẩn, cho phép có thể lắp thay đổi lẫn nhau mà không cần thay đổi sơ đồ nối dây. Một mạch khuếch đại thuật toán cụ thể sẽ được chọn theo độ lợi vòng hở, băng thông, hệ số tạp âm, tổng trở đầu vào, công suất tiêu tán hoặc phối hợp giữa những chức năng đó.