扭矩传感器主要是基于应变片原理来工作的。当有扭矩作用在轴上时，轴会发生微小的变形。在轴的表面贴有应变片，应变片会随着轴的变形而改变自身的电阻值。根据应变片电阻的变化，通过惠斯通电桥电路将电阻变化转换为电压信号的变化。
以一个简单的悬臂梁为例，如果在悬臂梁的一端施加一个扭矩，悬臂梁会产生弯曲变形。在梁的上下表面的应变片就会产生不同的应变，一个受拉应变，另一个受压应变。这种应变差异会导致应变片电阻的不同变化。经过惠斯通电桥电路，就可以得到与扭矩大小成正比的电压输出信号。
并且，还有一些基于磁弹性原理的扭矩传感器。当轴受到扭矩时，其内部的磁场分布会发生改变，通过检测磁场的变化来确定扭矩的大小。这种传感器在一些对精度要求不是极高，但环境较为恶劣（如存在油污、潮湿等）的场合比较适用。