功率合成器的工作原理主要涉及輸入和輸出兩個部分。在輸入部分，多個小功率電源通過濾波器和功率轉換器進行預處理，其中濾波器用於消除電源中的高頻噪聲和干擾，而功率轉換器則負責將直流電源轉換成交流電源。在輸出部分，功率合成器控制器負責對各個轉換器進行控制，確保它們輸出的電壓和電流相同，然後通過並聯的方式輸出，實現功率的合成。
具體來說，功率合成器利用多個高頻電晶體或功率放大器，使它們產生的高頻功率在公共負載上相加。通過混合電路，多個相同的功率放大器的輸出功率可以在公共負載上疊加起來，從而實現總輸出功率的增加。這種技術可以使總輸出功率遠大於單個功率放大器的輸出功率，從而獲得更高的輸出功率。
理想的功率合成器不僅應具有功率合成的功能，還必須在其輸入端使與其相接的前級功率放大器互相隔離。這樣設計是為了保證當其中一個功率放大器損壞時，相鄰的其他功率放大器的工作狀態不會受到影響，僅僅是導致功率合成器的總輸出功率減小。