Турбокомпрессор состоит из сердцевины, корпуса турбины, корпуса компрессора, механизма регулирования расхода отработавших газов через турбину и, как правило, охладителя (интеркулера).

По сути турбокомпрессор представляет собой центробежный воздушный насос („холодная крыльчатка”), расположенный на одном валу с газовой турбиной, которую раскручивает поток отработавших газов („горячая крыльчатка”). Сам вал установлен на подшипниках скольжения или качения. Первые применяют чаще, поскольку масло, подаваемое к подшипникам, обеспечивает дополнительное охлаждение турбонагнетателя. Отработавшие газы раскручивают турбинное колесо до 50–200 тыс. об/мин (в зависимости от конструкции и режима работы).
Вместе с турбинным, естественно, вращается и насосное колесо, загоняя в цилиндры необходимое количество воздуха. Нагнетаемый воздух после сжатия лопатками „холодной крыльчатки” нагревается. Да так, что в некоторых случаях может возникнуть калильное зажигание, не говоря уже об элементарной детонации. Вдобавок у горячего воздуха плотность и количество кислорода в нем меньше, чем у холодного. Следовательно, и попадает его в цилиндры гораздо меньше, чем рассчитывали. Потому максимально использовать эффект наддува можно, если выходящий из компрессора горячий воздух охладить в интеркулере, а затем уже направить в двигатель.
Применение интеркулера в наддувочных системах позволяет не только увеличить мощность мотора и снизить расход топлива, но также понизить температурные нагрузки на двигатель и понизить температуру выхлопных газов, тем самым снизить их токсичность. Применение интеркулера позволяет избежать появления детонации в двигателях с искровым зажиганием. Для охлаждения наддувочного воздуха может применяться охлаждающая жидкость или окружающий воздух. Интеркулер, использующий для охлаждения жидкость, может располагаться в любом месте. Недостаток охлаждающего радиатора, использующего атмосферный воздух – увеличенные габариты. Важной характеристикой промежуточного охладителя является коэффициент рассеивания теплоты.
Хотя принцип действия турбонаддува достаточно прост, сам турбокомпрессор является чрезвычайно сложным устройством. Требуется не только полнейшая слаженность работы его отдельных компонентов, но и идеальное его соответствие двигателю, на котором он установлен. Выходная мощность двигателя должна быть согласована с давлением, необходимым для подачи турбокомпрессором нужного объема воздуха в двигатель. В противном случае двигатель будет работать неэффективно или даже выйдет из строя.