Princip činnosti vrtačky a závitořezu je založen na třech mechanismech: sekvenční spojování, koordinace točivého momentu a řiditelný zdvih. Nejprve ve fázi vrtání vřeteno pohání vrták, aby se otáčel vysokou rychlostí a axiálně se posouval nastavenou rychlostí posuvu. Materiál se odebírá řezáním ostřím vrtáku, čímž se vytvoří válcový průchozí otvor nebo slepý otvor. Když hloubka vrtání dosáhne přednastavené hodnoty, řídicí systém automaticky spustí akci výměny nástroje nebo přepnutí režimu-některé modely používají dvojitou-strukturu vřetena, přičemž vrtací vřeteno a závitořezné vřeteno fungují nezávisle; běžnější modely používají vnitřní spojkový mechanismus nebo servo reverzační zařízení k přepnutí vřetena z vysoko{5}}rychlosti, nízkého-točivého momentu do stavu nízké{7}}rychlosti, vysokého-točivého momentu, přičemž se současně mění nebo přepíná na závitník.
Ve fázi závitování se vřeteno otáčí a pohybuje axiálně synchronně rychlostí přesně přizpůsobenou stoupání a rychlosti posuvu, což způsobuje, že závitník vyřezává standardní vnitřní závit podél spirálové trajektorie ve vyvrtaném otvoru.
V průběhu celého procesu jsou úhel natočení vřetena, posuv posuvu a zpětná vazba krouticího momentu přísně propojeny, aby byl zajištěn úplný profil závitu, přesné stoupání a hladký povrch.
