องค์ประกอบที่สำคัญของเครื่องโทรศัพท์(หรือบางครั้งเรียกว่า telephone set)ได้แก่ handset และแท่นวาง (แต่เดิมแยกออกจากกัน แต่บางครั้งวางประกอบอยู่ด้วยกัน). handset ประกอบด้วยไมโครโฟน(ตัวส่ง)เพื่อพูดเข้าและหูฟัง(ตัวรับ)ที่จะทำเสียงของคนที่อยู่ไกลออกไปขึนมาใหม่ นอกจากนี้ เครื่องโทรศัพท์ส่วนใหญ่มีกระดิ่ง(ringer)ซึ่งจะทำให้เกิดเสียงเมื่อมีโทรศัพท์เรียกเข้ามาและแป้นหมุนที่ใช้ในการป้อนหมายเลขโทรศัพท์เมื่อต้องการจะโทรออก ในราวทศตวรรษที่ 1970 เครื่องโทรศัพท์ที่ใช้หน้าปัดแบบหมุนส่วนใหญ่ถูกแทนที่ด้วยหน้าปัดแบบกดปุ่ม Touch-Tone ที่ทันสมัย ซึ่งได้เปิดตัวครั้งแรกโดย AT & T ในปี 1963. เครื่องรับและเครื่องส่งสัญญาณมักจะถูกสร้างบน handset เดียวกัน ซึ่งจะถูกยกขึ้นทาบกับปากและหูของผู้ใช้ในระหว่างการสนทนา แป้นหมุนอาจจะอยู่ได้ทั้งบน handset หรือบนแท่นวางที่ต่อกับตัว handset ด้วยสายไฟสั้นๆ(cord) เครื่องส่งสัญญาณจะแปลงคลื่นเสียงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า ซึ่งจะถูกส่งผ่านทางเครือข่ายโทรศัพท์ไปยังเครื่องโทรศัพท์ปลายทาง เครื่องรับโทรศัพท์ปลายทางจะแปลงสัญญาณไฟฟ้าให้เป็นเสียงออกทางลำโพง ระบบโทรศัพท์เป็นสื่อกลางในการสื่อสารแบบสองทาง ซึ่งหมายความว่าผู้ใช้ทั้งสองด้านสามารถพูดคุยกันได้พร้อมกัน

แม้ว่าเดิมจะถูกออกแบบมาสำหรับการสื่อสารด้วยเสียงที่เรียบง่าย เครื่องโทรศัพท์สมัยใหม่มีความสามารถอีกมากมาย เช่น บันทึกข้อความเป็นคำพูด, ส่งและรับข้อความ, ถ่ายรูปและแสดง รูปถ่ายหรือวิดีโอ, เล่นเพลงและท่องอินเทอร์เน็ต แนวโน้มปัจจุบันเครื่องโทรศัพท์จะเป็นที่รวมของทุกการสื่อสารเคลื่อนที่และความการใช้ในการคำนวณ เครื่องโทรศัพท์เหล่านี้เรียกว่า โทรศัพท์อัจฉริยะ

หลักการทำงานพื้นฐาน

ระบบโทรศัพท์แบบดั้งเดิมที่ใช้คู่สายทองแดง หรือที่เรียกกันว่าโทรศัพท์พื้นฐาน ปกติจะขนส่งทั้งสัญญาณควบคุมและสัญญาณเสียงบน คู่สายบิด (สายไฟหุ้มฉนวนสองเส้นบิดเป็นเกลียว) เดียวกัน (C ในรูป) เรียกสายนี้ว่า สายโทรศัพท์

เครื่องโทรศัพท์พื้นฐานมี switchhook (A4) และอุปกรณ์แจ้งเตือน, ปกติจะเป็น ringer (A7), ที่ยังคงเชื่อมต่อกับสายโทรศัพท์ตลอดเวลาที่ handset วางอยู่บนแท่นหรือวางหู หรือ "on hook" (กล่าวคือ สวิทช์ (A4) จะ open) และ ส่วนประกอบอื่นๆ ที่เหลือจะมีการเชื่อมต่อกับสายโทรศัพท์เมื่อยกหู หรือ "off hook" (สวิทช์ (A4) จะ close) ส่วนประกอบที่ทำงานตอน off hook ประกอบด้วย เครื่องส่งสัญญาณ(ไมโครโฟน, A2), เครื่องรับ (ลำโพง, A1), และวงจรอื่นๆสำหรับการโทรออก, ตัวกรองและตัวขยายเสียง (A3)

อุปกร่ณ์ส่งสัญญาณ หรือ ringer, รูปซ้ายประกอบด้วยกระดิ่ง (A7) หรือ beeper หรือ หลอดไฟอื่น ๆ (A7) เพื่อแจ้งเตือนผู้ใช้ให้รู้ว่ามีสายเรียกเข้า และปุ่มตัวเลขหรือหน้าปัดแบบหมุน (A4) เพื่อป้อนหมายเลขโทรศัพท์สำหรับการโทรออก ค่าใช้จ่ายส่วนใหญ่ของบริการโทรศัพท์ landline คือสายไฟ ดังนั้นโทรศัพท์จึงส่งเสียงทั้งขาเข้าและขาออกโดยใช้สายไฟคู่บิดเดียวกัน สายคู่บิดจะมีจำนวนรอบการบิดต่อระยะความยาวจำนวนหนึ่งที่จะหักล้างการรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (อังกฤษ: electromagnetic interference) หรือ EMI และ crosstalk ได้ดีกว่าสายเดียวหรือคู่สายที่ไม่บิด สัญญาณเสียงขาออกจากไมโครโฟนที่แข็งแรงไม่ได้เอาชนะสัญญาณ ลำโพงที่เข้ามากับ sidetone ที่มีความแรงน้อยกว่าเพราะขดลวดไฮบริด (A3) ตัดลบสัญญาณ ของไมโครโฟนออกจากสัญญาณที่ส่งไปยังลำโพง กล่องแยก(B)ป้องกันฟ้าผ่าด้วย lightning arrester (B2) และตัวปรับความต้านทานของสาย(B1)เพื่อเติมเต็มสัญญาณไฟฟ้าสำหรับความยาวของสายโทรศัพท์, B1 ทำการการปรับเปลี่ยนที่คล้ายกันกับ A8 สำหรับความยาวสายภายใน. แรงดันไฟฟ้าที่สายเป็นลบเมื่อเทียบกับดิน เพื่อลดการกัดกร่อนแบบ galvanic corrosion เพราะไฟฟ้าแรงดันลบจะดึงดูดไอออนบวกของโลหะเข้ามาที่สายไฟ

เครื่องโทรศัพท์แบบ landline เชื่อมต่อด้วยสายไฟหนึ่งคู่เข้าโครงข่ายโทรศัพท์ ในขณะที่โทรศัพท์เคลื่อนที่สามารถพกพาและติดต่อสื่อสารกับโครงข่ายโทรศัพท์โดยการส่งสัญญาณวิทยุ. โทรศัพท์แบบ cordless ใช้ handset แบบพกพาที่ติดต่อสื่อสารโดยการส่งวิทยุกับสถานีฐาน แล้วสถานีฐานจะติดต่อกับโครงข่ายโทรศัพท์ด้วยสายอีกที