谐波齿轮传动系统有三个基本构件组成，如图1所示：刚轮(Circular Spline)，柔轮(Flexspline)和波发生器(Wave Generator)。谐波齿轮传动的原理就是在柔性齿轮构件中，通过波发生器的作用，产生一个移动变形波，并与刚轮齿相啮合，从而达到传动目的。

其中，波发生器是按一定变形规律产生周期性弹性变形波的部件，常见的有机械式波发生器、电磁式波发生器、液压式波发生器和气动式波发生器。

图1中所示为采用滚动轴承的机械式波发生器，其是在凸轮的外缘安装薄壁滚珠轴承，该薄壁滚珠轴承的内圈固定在凸轮上，通过滚珠和凸轮的相互作用实现外圈衬环的弹性变形，凸轮通常作为输入端，通过内孔与输入轴相连。柔轮为薄壁杯型金属挠性部件，开口部外缘有齿，未装配时截面呈圆形，柔轮的杯型底部被称为膜片部，膜片部通常作为输出端，起到法兰的作用。刚轮一般为环状部件，内缘有齿，节圆与柔轮相同，齿数通常比柔轮多1~3齿（齿差通常为波数的整数倍，为获得最大齿高，一般取等于波数，即齿差为1~3），经常作为固定端与机架连接。将波发生器装入柔轮内时，柔轮将产生弹性变形，在工作过程中，波发生器旋转一周，柔轮上某点发生弹性变形的循环次数称为谐波齿轮的波数，一般为1~3，其中最常用的是波发生器呈椭圆状的双波谐波齿轮，顾名思义其波数为2。

以双波谐波齿轮为例，即柔轮和刚轮间的齿差为2，其传递力和运动的过程如图2所示。当波发生器旋转角度为0°时，其长轴两端柔轮的齿恰好与刚轮的齿完全啮入，短轴处柔轮的齿则完全啮出，而长短轴之间其他区域柔轮的轮齿则处于啮入和啮出的过渡状态。当刚轮固定，波发生器输入，柔轮输出时，波发生器沿顺时针方向旋转，柔轮在波发生器做用下发生弹性变形，则柔轮与刚轮啮合齿的位置也沿顺时针方向旋转。当波发生器沿顺时针方向旋转180°后，柔轮仅沿逆时针方向转过1个齿。当波发生器旋转360°后，由于刚轮比柔轮多2齿，因此柔轮沿逆时针方向移动2个齿。以此类推，通过柔轮的不断弹性变形使得轮齿啮入啮出，谐波齿轮即产生输出力矩和旋转运动。