Prenapetostne zaščitne naprave ščitijo električno opremo prek nabora natančnih, hitrih in samodejnih fizičnih zaščitnih mehanizmov, ki temeljijo na povezavi vzporednega vezja in nelinearnih značilnostih komponent, s čimer tvorijo popolno prenapetostno zaščitno zanko za električno opremo.
Prvič, SPD je nameščen vzporedno na sprednjem koncu vse zaščitene električne opreme in povezan z ozemljitveno žico sistema, ki tvori zaščitno zanko v stanju pripravljenosti. Pri normalnem nazivnem napetostnem delovanju opreme je SPD v izoliranem stanju z visoko-impedanco. Ne ranžira normalnega obratovalnega toka, ne povzroča izgube napetosti in ne bo motil normalnega napajanja in delovanja električne opreme.
Ko v tokokrog vdre nenormalen napetostni sunek in deluje na električno opremo, notranje nelinearne občutljive komponente SPD takoj zaznajo signal prenapetosti in v mikrosekundah dokončajo stikalo impedance. Naprava se v trenutku spremeni iz visoke upornosti v nizkoupornost, tako da med žico pod napetostjo in ozemljitveno žico tvori-kanal za razelektritev visoke hitrosti.
Nato se ogromen trenutni udarni tok, ki ga ustvari prenapetost, popolnoma preusmeri v ozemljitveni sistem skozi nizko-uporovni kanal SPD, namesto da bi šel skozi notranja vezja, čipe in komponente električne opreme. Hkrati SPD zaklene nenormalno udarno napetost na fiksno varno nizkonapetostno vrednost, s čimer odpravi vpliv prenapetosti na opremo.
Ko se udarna energija popolnoma izprazni in se napetost tokokroga vrne na standardno nazivno vrednost, SPD samodejno preide v stanje pripravljenosti z visoko-odpornostjo in prekine kanal za ozemljitev. Ta-enkratni hitri zaščitni postopek se izogne okvari izolacije opreme, pregorevanju elektronskih komponent in okvaram kratkega{3}}vezja, ki jih povzroči prenapetost. Pri pogostih majhnih-amplitudnih nihanjih napetosti in sunkih lahko SPD doseže neprekinjeno ciklično zaščito, s čimer učinkovito zmanjša tveganje staranja opreme in okvare zaradi dolgotrajnega-napetostnega vpliva.