諧波減速機在未裝配前，柔輪及其內孔呈圓形，當波發生器裝入柔輪的內孔后，由于波發生器的長度略大于柔輪的內孔直徑，柔輪撐成橢圓形，迫使柔輪在橢圓的長軸方向與固定的剛輪嚙合，在短軸方向分離，其余各處的齒視柔輪回轉位置的不同，或者處于“嚙入”狀態，或者處于“嚙出”狀態。由于剛輪固定，波發生器逆時針轉動時，柔輪作順時針轉動。當波發生器連續回轉時，柔輪長軸和短軸及“嚙入”、“嚙出”的位置隨之不斷變化，柔輪齒由嚙入轉向嚙出，又嚙合轉向嚙出，由嚙出轉向脫開，如此，嚙入、嚙合、嚙出、脫開、嚙入、嚙合……往復循環，迫使柔輪連續轉動。
諧波減速機柔輪隨著波發生器轉動過程中，其中一個齒從與剛輪的一個齒嚙合到再一次與剛輪上的這個齒相嚙合時，柔輪恰好旋轉一周，而此時波發生器旋轉了很多圈，波發生器的旋轉圈數與柔輪旋轉圈數（1圈）之比，即為諧波齒輪減速器的減速比，故其減速比很大。在整個運動過程中，柔輪的變形在柔輪圓周的展開圖上是連續的簡諧波形，因此，這一傳動稱之為諧波齒輪傳動。
諧波減速機按其機械波數目的多少可分為：單波、雙波及三波，其中常用的是雙波傳達。在諧波傳動中，剛輪與柔輪的齒數差應等于機械波數的整數倍，通常取其等于波數。