Apsaugos nuo viršįtampių įtaisai apsaugo elektros įrangą per tikslių, greitų ir automatinių fizinės apsaugos mechanizmų rinkinį, pagrįstą lygiagrečios grandinės jungtimi ir netiesinėmis komponentų charakteristikomis, sudarydami visą elektros įrangos apsaugos nuo viršįtampio kilpą.
Pirma, SPD lygiagrečiai montuojamas visos saugomos elektros įrangos priekyje ir prijungiamas prie sistemos įžeminimo laido, suformuojant budėjimo režimo apsaugos kilpą. Esant normaliai įrangos veikimo vardinei įtampai, SPD yra didelės varžos izoliacijos būsenos. Jis nesujungia normalios darbinės srovės, nesukelia įtampos kritimo ir netrukdys normaliam maitinimo tiekimui ir elektros įrangos veikimui.
Kai nenormalus įtampos šuoliai įsiveržia į grandinę ir veikia elektros įrangą, vidiniai netiesiniai jautrūs SPD komponentai iš karto suvokia viršįtampio signalą ir per mikrosekundes užbaigia varžos jungiklį. Įrenginys akimirksniu keičiasi iš didelio atsparumo į mažą varžą, sudarydamas didelės-greitos iškrovos kanalą tarp įtampingo laido ir įžeminimo laido.
Vėliau didžiulė momentinė viršįtampio srovė, kurią sukuria viršįtampis, visiškai nukreipiama į įžeminimo sistemą per SPD mažos-varžos kanalą, o ne per vidines grandines, lustus ir elektros įrangos komponentus. Tuo pačiu metu SPD nenormalią viršįtampio įtampą fiksuoja iki fiksuotos saugios žemos įtampos vertės, pašalindamas viršįtampio poveikį įrangai.
Kai viršįtampio energija visiškai iškraunama ir grandinės įtampa grįžta į standartinę vardinę vertę, SPD automatiškai grįžta į didelio{0}}priešingumo budėjimo būseną ir nutraukia įžeminimo iškrovos kanalą. Šis vienkartinis greitas apsaugos procesas apsaugo nuo įrangos izoliacijos pažeidimo, elektroninių komponentų perdegimo ir trumpojo jungimo-gedimų, kuriuos sukelia viršįtampis. Dėl dažnų mažų -amplitudės įtampos svyravimų ir viršįtampių SPD gali užtikrinti nuolatinę ciklinę apsaugą, veiksmingai sumažindama įrangos senėjimo ir gedimo riziką, kurią sukelia ilgalaikis-įtampos poveikis.