Galvenās elektromehāniskās funkcijas, kas nodrošina tālruņa darbību, ir diezgan vienkāršas un saprotamas. Šajā skaidrojumā ir aprakstīti procesi, kas nodrošina fiksētā tālruņa darbību. Procesi, kas liek mobilajiem tālruņiem darboties un ļauj darboties interneta protokola (VoIP) tālruņiem, ir nedaudz sarežģītāki, tādēļ ir nepieciešami radioviļņi un interneta protokols (IP). Tomēr jebkura tālruņa darbības pamatprincipi ir vienādi.
Lai fiksētais tālrunis darbotos, diviem vara vadiem ir jāpārraida divas lietas:
signāli un balss. Abi vadi, kas parasti ir pārklāti ar zaļu un sarkanu pārklājumu, ir procesa pamatā, kas liek tālrunim darboties. Kamēr tālrunis atrodas uz āķa vai tā turētājā, tālruņa turētājā esošais kondensators ierobežo elektriskās strāvas daudzumu, kas plūst uz zvana signālu, patiesībā mikroshēmu mazā skaļrunī. Kondensators novērš īssavienojumu vados, un vietējā telefona centrāles iekārta atpazīst, ka tālrunis ir nolikts.
Lai tālrunis darbotos pareizi, skaņa jāpārraida pa tiem pašiem vadiem, kas aktivizē zvana signālu. Visu tālruņu klausules satur mikrofonu, kas ļauj skaņas impulsus pārvērst elektriskajos impulsos. Otra neatņemama klausules sastāvdaļa, uztvērējs, pārvērš dzirdes modulēto elektrisko strāvu atpakaļ skaņas viļņos, un balss tiek dzirdama. Tāpēc balss pārraide un uztveršana ir atkarīga gan no skaņas viļņiem, gan no elektriskās pulsācijas.
Kad tālrunis atrodas turētājā, elektriski ir pievienots tikai zvana signāls, mikroshēma. Kad tālrunis saņem ienākošu zvanu, vietējā telefona centrāle sūta augstsprieguma maiņstrāvas (AC) pārspriegumu uz statņa slēdzi. Šis pārspriegums ignorē kondensatoru, un turētāja integrētā shēma (IC) izraisa tālruņa zvanīšanu. ASV tālruņiem šis pārspriegums parasti ir 20 hercu (Hz) diapazonā. Tālrunis, kas saņem zvanu, tiek izvēlēts, izmantojot daudzfrekvenču zvanu toņu (DTMF) impulsus, zvanītāja tālruņa tastatūras pogas. Kad raidīšanas un saņemšanas klausules tiek paceltas, turētājā esošais slēdzis pārsūta elektrisko pārspriegumu no maiņstrāvas uz līdzstrāvu (DC), ļaujot pārraidīt balsi pa diviem vadiem. Divi šūpuļa slēdži pēc tam iedarbina pretestības īssavienojumus pa attiecīgajiem vadiem, radot sastādīšanas signālu raidīšanas galā un aktivizējot zvana signālu uztveršanas galā.
Telefona primārie vadi stiepjas no tālruņiem līdz tālruņa ligzdām un mājas vai ēkas ieejas kastēm. No turienes tālruņa kabeļi, kas savērti uz visuresošajiem tālruņu stabiem gar ielu, pārsūta zvanus uz vietējo centrāli. No vietējās centrāles optiskās šķiedras līnijas, radio pārraide un tālsatiksmes zvanu gadījumā satelīta pārraide pārsūta zvanu uz galamērķi, kur tas nonāk atpakaļ divos vara vados.
Radioviļņi tiek izmantoti, lai mobilais tālrunis darbotos pareizi. Lai VoIP tālrunis darbotos, tiek izmantoti interneta protokoli (IP), tīkla digitalizācija un pakešu komutācija.