微波放大器的工作原理主要基於利用特殊類型的半導體器件或真空器件來放大微波信號。以下是具體解釋：
固態微波放大器。固態微波放大器通常使用如金屬-氧化物-半導體場效應電晶體(MOSFET)或高電子遷移率電晶體(HEMT)等固態器件。這些器件通過外接的微波分布參量電路（即傳輸線網路）來控制信號的放大，其設計原理與低頻放大器相似，但外電路需是微波的分布參量電路，即傳輸線網路。
真空器件微波放大器。真空器件如速調管、行波管和迴旋管放大器則通過電子束與高頻電磁場的作用來放大微波信號。在這些器件中，電子的動能轉換為電磁場能，從而放大輸入信號。例如，在迴旋管放大器中，電子在恆定軸向磁場中作迴旋運動，因質量的相對論效應發生相位群聚，群聚電子與高頻電磁場作用，將迴旋動能轉化為電磁場能，產生高頻放大。
激勵源提供的能量。微波功率放大器通過激勵源提供的能量將微波信號的能量放大，實現輸出功率的增強。
量子放大。微波激射放大器或振盪器利用高低兩能態粒子布居數反轉的原子系統受微波輻射場激勵時產生的受激發射躍遷來放大微波信號。這種裝置能夠在極低的噪聲水平下實現微波信號的放大。
綜上所述，微波放大器的工作原理多樣，涵蓋固態器件、真空器件、量子技術等不同方法，共同點是利用輸入信號的能量和外部提供的能量來放大微波信號的功率。