テルミンの音程を生成する部分にはコルピッツ発振器のような高周波発振器が2つ組み込まれ、これらはわずかに違う周波数を持つよう調整される。 これらの発振器間のうなりによってより低周波の可聴域の波を発生させ音に変換するのがテルミンの原理である。 一方の発振器のコンデンサ部分はアンテナの 1 本に接続されており、アンテナに手をかざして手とアンテナとの間の距離を変えると静電容量が変化して発振周波数が変わる。 これによりうなりの周波数も変化して音程も変わることになる。 もう一方のアンテナによる音量の変化も同様に 2 つの発振器と静電容量変化により発振周波数が変わることを利用している。 原理が簡単なため、電子楽器初期のころは雑誌に自作の記事がよく発表された。 これらには音量調整部を省略した 1 本アンテナのものも存在する。
なお、テルミンとほぼ同時期に発明された電子楽器にオンド・マルトノがあり、奏法は違うが音源の発音方式はテルミンと同じである。
