에니그마는 어떤 알파벳을 입력하면 알파벳에 해당하는 전기신호가 [플러그보드 -> 회전자 -> 반사판 -> 회전자 -> 플러그보드] 순으로 지나며 암호화되어 다른 알파벳을 램프보드에 나타냈다. 독일군은 회전자 5개중 3개를 골라 에니그마에 순서에 맞게 장착하고, 지정된 초기 회전수로 회전자를 설정하고, 플러그보드에 전선들을 꽂았다. 이러한 설정들을 암호 책을 이용해 발신자와 수신자가 공유하고, 적이 알 수 없게 했다.(암호 책이 비밀키 역할을 함.) 독일군은 암호책을 적이 쓸 수 없도록 여러 장치를 넣었다.
1. 플러그보드
독일군이 사용하던 군사용 에니그마는 플러그보드를 통해 일부 알파벳끼리 전선으로 연결해서 사용했다. 전기 신호가 지나갈 때 자신이 아닌 연결된 알파벳으로 출력되게 한다. 만약 플러그보드에 연결된 알파벳이 없으면 해당 문자 그대로 출력한다. 플러그보드를 이용해 경우의 수를 상당히 증가시킬 수 있었다.
(O, S), (A, J)가 연결된 플러그보드
에니그마는 들어온 알파벳을 서로 다른 회전자 3개를 지나면서 암호화한다.
반사판에서 전기 신호를 다시 회전자로 보내 거친 과정을 반대 순서로 또다시 암호화한다. (하지만 반사판을 거치면서 다른 문자로 치환하기 때문에 같은 경로를 지나진 않는다.)
매 글자마다 첫번째 회전자가 한 칸씩 회전하고, 첫번째 회전자가 한 바퀴를 돌면 두번째 회전자가 한 칸 회전했다. 세번째도 마찬가지.
복호화할때는 설정이 같다면 암호문의 알파벳을 입력하면 원문의 알파벳이 암호화될때의 과정을 역순으로 거치는 것이랑 똑같으므로 쉽게 복호화를 할 수 있다.
2 -> 9는 암호화 과정. 설정이 같다면 암호화된 D가 9 -> 2 과정으로 평문의 A를 구할 수 있다.
에니그마가 작동하는 모습을 나타낸 그림. 회전자의 특성 덕분에 여러번 같은 글자를 입력해도 매번 다른 글자가 나왔다.
앨런 튜링이 만든 영국의 에니그마 해독을 하는 계산기, 봄브는 설정들의 조합에 따라 나올 수 있는 17576가지 경우를 모두 시험하고 논리적으로 맞지않는 경우를 제거해 나갔다. 암호해독가가 예상하는 평문이랑 원래 암호문을 입력하면 회전자의 순환군을 알아낸다음, 플러그보드에 꽂힌 플러그는 항상 쌍으로 동작한다는 특성을 이용해 이 가정에 맞지 않는 순환군 구조를 자동적으로 제거했다.
에니그마 반사판의 특성때문에 평문과 암호문의 동일한 위치의 글자는 절대 같을 수 없기에 이를 이용해 평문 후보중 다수를 효과적으로 제거할 수 있었다.
평문의 각 글자를 n칸 옮겨(시저 시대에는 n = 3으로 고정) (괴상한) 암호문을 만든다.