Zasada działania wiertarki i gwintownicy opiera się na trzech mechanizmach: sekwencyjnym połączeniu, koordynacji momentu obrotowego i kontrolowanym skoku. Po pierwsze, na etapie wiercenia wrzeciono napędza wiertło, aby obracało się z dużą prędkością i posuw osiowy z ustaloną prędkością posuwu. Materiał jest usuwany poprzez działanie tnące krawędzi tnącej wiertła, tworząc cylindryczny otwór przelotowy lub otwór nieprzelotowy. Gdy głębokość wiercenia osiągnie ustawioną wartość, system sterowania automatycznie inicjuje zmianę narzędzia lub zmianę trybu.-Niektóre modele wykorzystują konstrukcję z dwoma-wrzecionami, przy czym wrzeciono wiercące i wrzeciono gwintujące działają niezależnie; bardziej popularne modele wykorzystują wewnętrzny mechanizm sprzęgła lub urządzenie nawrotne serwa do przełączania wrzeciona ze stanu wysokiej-prędkości i niskiego-momentu obrotowego do stanu niskiej-prędkości i wysokiego-momentu obrotowego, przy jednoczesnej zmianie lub przełączeniu na gwintownik.
Na etapie gwintowania wrzeciono obraca się i porusza synchronicznie osiowo z prędkością dokładnie dopasowaną do skoku i prędkości posuwu, powodując, że gwintownik wycina standardowy gwint wewnętrzny po spiralnej trajektorii w wierconym otworze.
W całym procesie kąt obrotu wrzeciona, przemieszczenie posuwu i sprzężenie zwrotne momentu obrotowego są ściśle powiązane, aby zapewnić pełny profil gwintu, dokładny skok i gładką powierzchnię.
