反相器的工作原理可以通過其核心組件來理解，這些組件包括放大器和反饋網路。以CMOS反相器為例，其工作原理基於PMOS和NMOS電晶體的互補特性。CMOS反相器由一個PMOS電晶體和一個NMOS電晶體組成，這兩個電晶體以並聯方式連線。當輸入信號為高電平時，NMOS電晶體導通，PMOS電晶體截斷，輸出信號為低電平；當輸入信號為低電平時，PMOS電晶體導通，NMOS電晶體截斷，輸出信號為高電平。這樣，CMOS反相器實現了輸入與輸出信號之間的邏輯反轉。
靜態CMOS反相器具有以下重要特性：
輸出高電平為VDD，輸出低電平為GND。
屬於無比邏輯，功能不受電晶體相對尺寸影響。
具有低輸出阻抗，輸入電阻極高。
理論上具有無窮大扇出，單個反相器可以驅動無窮多個門，增加扇出會增加傳播延時，動態特性會變差，但不會影響穩態特性。
在穩態工作情況下，電源線和地線之間沒有直接通路，沒有電流存在，意味著理論上沒有靜態功耗。
此外，反相器還廣泛套用於模擬電路中，如音頻放大和時鐘振盪器等。