示波器的工作原理主要基於模擬信號的電壓變化和螢光屏的發光原理。
當被測信號輸入到示波器中時，它會通過輸入放大器進行放大，然後進入垂直放大器進行垂直方向的放大。同時，示波器的水平放大器控制螢光屏的掃描速度，使得信號波形可以在螢光屏上顯示出來。在螢光屏上，信號波形會產生橫向和縱向的偏移，因此示波器還需要通過水平放大器和垂直放大器進行相應的調整。此外，為了穩定地顯示信號波形，示波器還需要進行觸發，這可以通過外部信號或內部信號來實現。
示波器還利用了狹窄的、由高速電子組成的電子束打在塗有螢光物質的螢幕上產生細小的光點，從而顯示信號的波形。