避雷器的工作原理主要基於其非線性電阻特性，用於吸收過電壓的能量，從而保護電力系統和電氣設備不受雷擊或過電壓的損害。具體來說，當系統電壓升高到一定值時，避雷器開始發揮作用，其內部絕緣材料失效，導致內部載流體（通常是氣體或液體）電離，形成低阻抗通路，使得漏電流通過避雷器流到接地點，消除過電壓。在正常工作電壓下，避雷器處於高阻狀態，對地面相當於斷路。當出現過電壓時，避雷器的外部電阻從絕緣電阻轉變為非線性電阻，使電流急劇上升，導致過電壓電荷在避雷器上放電，並通過低阻電路排放到地面，中斷過電壓的流動。
避雷器通常與被保護設備並聯連線，當過電壓危及被保護設備時，避雷器將高壓衝擊電流導向大地，限制過電壓的幅值，保護線纜和設備絕緣。過電壓消失後，避雷器迅速恢復原狀，使電路與大地絕緣，保證系統正常運行。
氧化鋅避雷器是一種新型避雷器，利用氧化鋅的良好非線性伏安特性，在正常工作電壓下流過的電流極小，而在過電壓作用下電阻急劇下降，泄放過電壓的能量。這種避雷器沒有放電間隙，利用氧化鋅的非線性特性起到泄流和開斷的作用。