两轮平衡车的运作原理主要是飞机平衡的原理，也就是车辆本身的自动平衡能力（电子自衡系统）。以内置的精密电子陀螺仪来判断车身所处的姿势状态，透过精密且高速的中央微处理器计算出适当的指令后，驱动马达来做到平衡的效果。假设我们以站在车上的驾驶人与车辆的总体重心纵轴作为参考线。当这条轴往前倾斜时，平衡车车身内的内置电动马达会产生往前的力量，一方面平衡人与车往前倾倒的扭矩，一方面产生让车辆前进的加速度，相反的，当陀螺仪发现驾驶人的重心往后倾时，也会产生向后的力量达到平衡效果。因此，驾驶人只要改变自己身体的角度往前或往后倾，平衡车就会根据倾斜的方向前进或后退，而速度则与驾驶人身体倾斜的程度呈正比。
原则上，只要平衡车有正确打开电源且能保持足够运作的电力，车上的人就不用担心有倾倒跌落的可能，这与一般需要靠驾驶人自己进行平衡的滑板车等交通工具大大不同。
