Trước khi vận hành, các mật mã viên lắp ba bánh xe chữ vào máy theo một trật tự nào đó và đặt cách xáo trộn bằng cách quay các bánh xe chữ, sau đó những mật mã viên này chuẩn bị một bảng cáp điện nhằm hoán vị 6 cặp chữ cái 6 lần. Khi máy Enigma đã sẵn sàng, các nhân viên mật mã sẽ nhập những chữ cái trong bức điện vào máy.

Nhân viên mật mã ở đầu dây bên kia nhận tin, rồi viết ra giấy toàn bộ bức điện mã hóa. Anh ta cũng cài đặt các bánh xe chữ trong chiếc Enigma của mình, chính xác theo khóa mã của bức điện. Giống như một tấm gương, quá trình được làm ngược lại, từng chữ một và các bóng đèn sáng lên tương ứng với những chữ cái vừa được giải mã. Khi sử dụng, Enigma cần một danh sách các thiết lập hàng ngày và các tài liệu bổ trợ. Các sách mã của Hải quân Đức được in màu đỏ, mực có thể hòa tan trong nước trên giấy màu hồng để có thể dễ dàng hủy nếu có nguy cơ bị bắt giữ. Với khoảng 10 triệu tỉ cách mã hóa khác nhau, Enigma luôn được người Đức tin rằng không ai có thể phá được mật mã của họ.[5]

Tuy nhiên đó mới chỉ là nguyên mẫu Enigma đầu tiên và chưa hoàn thiện. Cỗ máy Enigma lúc đó gặp phải hạn chế và dễ bị bắt bài, vì việc mã hóa từ chữ A sang B, có thể suy ngược lại B nghĩa là A. Chính điều này đã giúp các chuyên gia mật mã Ba Lan gần như đã đánh bại được Enigma. Tuy nhiên phát xít Đức đã nhanh chóng cải tiến cỗ máy này với hệ thống hoán đổi plugboard (bảng điện tử). Đây là một hệ thống điện, để hoán đổi các chữ cái thêm một lần nữa, tối đa là 6 kết nối. Tuy nhiên điểm đặc biệt của hệ thống này là nó chống lại việc suy ngược các ký tự. Tức là từ A thành B, nhưng ngược lại từ B lại ra C. Hệ thống này đã tăng khả năng mã hóa của Enigma lên con số xấp xỉ 100.000.000.000.000 cách.

Năm 1939, phát xít Đức tiếp tục cải tiến Enigma một lần nữa, với việc tăng từ 3 lên 5 rotor và hệ thống hoán đổi plugboard từ 6 lên 10 kết nối. Điều này đã khiến cho cỗ máy mã hóa này có thể tạo ra 159 triệu triệu triệu kết quả.[3]

Năm 1942, bộ chỉ huy hải quân Đức đưa vào sử dụng một chìa khóa mật mã hoàn toàn mới, được gọi là Triton và mở rộng máy mật mã thành máy Enigma-M4.[5]