Elektrony są przyspieszane na kilku etapach, aby móc osiągnąć końcową energię rzędu gigaelektronowoltów (GeV). Elektrony znajdują się wewnątrz pierścienia z próżnią i poruszają się po zamkniętym obwodzie, przez to okrążając pierścień ogromną liczbę razy. Tor ruchu elektronów po obwodzie jest wymuszony przez potężne pola elektromagnetyczne. Elektromagnetyzm służy skupianiu wiązki ładunków, których jednoimienność powoduje wzajemne odpychanie (zgodnie z prawem Coulomba). Zmiana kierunku jest formą przyspieszenia i stąd elektrony emitują promieniowanie o energii rzędu gigaelektronowoltów. Występuje tu podobieństwo do radionadajników, lecz z tą różnicą, że takie przyspieszenie zmienia obserwowaną częstotliwość o czynnik γ, zgodnie z efektem Dopplera. Kolejnym znaczącym efektem relatywistycznym jest to, że wzór promieniowania także odbiega od izotropowego wzoru dipola oczekiwanego z nierelatywistycznej teorii, dając skrajnie skierowany do przodu stożek promieniowania. To sprawia, że promieniowanie synchrotronowe jest jednym z najjaśniejszych źródeł promieniowania X.