反相器的原理基於CMOS（互補金屬氧化物半導體）技術，由一個NMOS電晶體和一個PMOS電晶體組成，兩個電晶體的柵極相連線作為電路的輸入端。NMOS的源極連線到高電平（VDD），而PMOS的源極連線到低電平（VSS）。兩個電晶體的漏極相連線，作為輸出端。
當輸入端輸入高電壓時，NMOS電晶體開啟，PMOS電晶體關閉，輸出端連線到低電平（VSS），實現輸出低電平。相反，當輸入端輸入低電壓時，PMOS電晶體開啟，NMOS電晶體關閉，輸出端連線到高電平（VDD），實現輸出高電平。這兩個過程實現了反相器將輸入信號的相位反轉180度。
CMOS反相器利用PMOS和NMOS電晶體的互補特性，在一個電晶體開啟時另一個電晶體關閉，從而減少靜態功耗。在穩態下，只有一個電晶體導通，因此從電源供應處流到地端的電流非常小，實現了低功耗的優勢。