Mô tả cách thay thế các ký tự trong một bộ mật mã Caesar có thể thực hiện bằng cách sắp hai bảng chữ cái trên hai hàng song song với nhau; bảng chữ cái mật mã sẽ là bảng chữ cái thô đã được dịch sang trái hoặc sang phải một số vị trí. Ví dụ, dưới đây là một bộ mật mã Caesar được thiết lập bằng phép dịch sang trái 3 vị trí, tương đương với phép dịch sang phải 23 vị trí (con số vị trì dịch này được sử dụng làm khóa mã):

Thô:     ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZMật mã:  DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC

Khi tiến hành mã hóa, người gửi mật mã sẽ tra cứu từng ký tự của tin nhắn gốc trên dòng "thô" và sau đó viết ra ký tự tương ứng lấy từ dòng "mật mã".

Văn bản thô:     THE QUICK BROWN FOX JUMPS OVER THE LAZY DOGVăn bản mật mã:  QEB NRFZH YOLTK CLU GRJMP LSBO QEB IXWV ALD

Quá trình giải mã của người nhận mật mã được thực hiện ngược lại, với thao tác dịch sang phải 3 vị trí.

Mã hóa cũng có thể được biểu diễn thông qua số học mô đun, bằng cách gán các ký tự bằng các con số, theo tuần tự, A → 0, B → 1, ..., Z → 25.[2] Mã hóa một chữ cái x bằng phép dịch chuyển n vị trí có thể mô tả bằng biểu thức toán học sau:[3]

E n ( x ) = ( x + n ) mod 26. {\displaystyle E_{n}(x)=(x+n)\mod {26}.}

Giải mã được mô tả tương tự,

D n ( x ) = ( x − n ) mod 26. {\displaystyle D_{n}(x)=(x-n)\mod {26}.}

(Có nhiều định nghĩa cho phép toán Modulo. Trong trường hợp trên, kết quả phải nằm trong khoảng từ 0 đến 25. Do đó nếu x+n hoặc x-n không nằm trong đoạn 0...25, ta phải cộng hoặc trừ nó với 26.)

Loại mã hóa này có các giải pháp thay thế của từng ký tự là không đổi trong suốt quá trình mã hóa tin nhắn, vì vậy nó được xếp vào dạng thay thế một bảng chữ cái, khác với thay thế nhiều bảng chữ cái.