速差自控器的工作原理主要基於物體下墜的速度差異進行自動控制。
使用時，速差自控器高掛低用，將吊繩跨過上方堅固的結構物，把安全鈎或鐵鈎掛入安全帶上的環內，安全繩可以隨人體自由伸縮。在正常工作時，安全繩保持半緊張狀態，使操作者感到輕鬆自如，無牽掛。一旦人體失足墜落，安全繩的拉出速度會加快，此時速差自控器內的控制系統會自動鎖定，限制安全繩的拉出距離不超過0.2米，從而保證衝擊力小於2949N，對操作者無害。一旦負荷解除，設備即能恢復正常工作狀態。
速差自控器的內部結構包括鼓輪、發條彈簧和剎車系統。當鋼絲繩被拉出時，鼓輪在卷簧的作用下產生回縮力。在正常情況下，內部剎車系統阻止鼓輪轉動，而當鋼絲繩突然被拉出時，鼓輪會快速轉動，此時安裝在鼓輪上的棘爪在離心力的作用下與棘輪嚙合，阻止鼓輪進一步轉動，從而阻止操作者繼續墜落。