霍尔电流传感器基于霍尔效应，具备磁平衡式和直式两种工作模式。
首先，直放式或开环式的霍尔传感器，当电流通过导线时，会产生一个与电流成正比的磁场。这个磁场会被磁芯捕捉，进而影响霍尔器件，使其产生信号。信号经过放大器放大后，直接输出，通常标定为4V的额定输出。
而对于磁平衡式或闭环式的霍尔传感器，也称为补偿式传感器，它的核心机制是通过主回路的电流Ip在聚磁环处产生的磁场，经次级线圈进行补偿。当主回路电流通过，产生的磁场会感应霍尔器件，其输出信号驱动功率管，形成补偿电流Is。Is产生的磁场与被测电流产生的磁场相抵消，使霍尔器件在零磁通状态下工作。
具体来说，当磁场平衡时，霍尔器件指示零磁通。任何主回路电流的变化都会打破这种平衡，霍尔器件随即输出信号。功率放大器会迅速响应，通过次级绕组产生的补偿电流，迅速恢复磁场平衡。整个过程理论上在1μs内完成，形成动态的平衡状态。
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。