Die Enigma arbeitete nach dem Prinzip der polyalphabetischen Substitution (Buchstabenersetzung nach veränderlichem Muster) mit schrittweise rotierenden, per Übertrag gekoppelten Walzen, ähnlich wie bei einem mechanischen Zählwerk. Innerhalb einer Walze wurde jede Buchstaben­position umkehrbar eindeutig in eine andere Position überführt; diese Ersetzung war fest verdrahtet. Durch die Kombination und Rotation der Walzen wurden allerdings äußerst komplexe Substitutionen möglich. Außerdem konnte die interne Walzenverdrahtung als Ganzes gegenüber der äußeren Beschriftung – und den Übertragskerben – versetzt werden ("Ringstellung"). Darüber hinaus war es bei einigen Modellen möglich, auf einem Steckerbrett zusätzliche Buchstabenvertauschungen temporär fest vorzugeben (zu "steckern"). Kurz vor Kriegsende wurde dann noch ein Zusatzgerät, die sog. Enigma-Uhr (Stecker-Uhr), eingeführt. Damit konnten die gesteckerten Verbindungen nochmals untereinander verwirbelt werden, und zwar auch auf nicht-symmetrische Weise. Die Uhr wirkte also ähnlich wie eine einstellbare, nicht rotierende Walze für die Ein- und Ausgänge der Stecker.