它的基本工作原理是将武器的供弹、装填、击发、抛壳等动作分开，平行进行，即在射击过程中炮管不转，只是几个弹膛在转轮带动下依次转到对准炮管的发射位置。在一个弹膛发射的同时，其余弹膛退壳和装填，这样由于动作自动重叠进行，所以缩短了循环时间，提高了射速。而其他类型的自动武器，上述动作过程是按顺序相继进行的。
转膛炮的结构来源并不是左轮手枪。它是一种在
美墨战争中就出现的为提高射速而实现的设计。西德的毛瑟MG 213型航炮就是最早使用的转膛结构的机炮。转膛炮的射速较高，单管转膛炮射速可达1200、1800发/分；结构简单，动作可靠；和转管炮相比，重量较轻，体积较小。但身管和转轮之间容易漏气；长时间射击转轮会吸收大量的热能，易引起膛内弹药燃烧，发生危险；要求弹膛定位机构有很高的准确性，以保证弹膛精确地对准炮管
就现役装备的转膛炮而言，一般为单管和双管，多数为单管，而弹膛有四个、五个有的多至七个、八个，以四、五个弹膛较普遍。双管转膛炮的动作原理与单管转膛炮完全相同，只是同时发射两发炮弹，同时抛出两个药筒，同时装填两发新弹，这种炮很少见。