Простейший карбюратор состоит из двух функциональных элементов: поплавковой камеры (10) и смесительной камеры (8).
Топливо по трубке (1) поступает в поплавковую камеру (10), в которой плавает поплавок (3), на который опирается запорная игла (2) поплавкового клапана. При расходовании топлива его уровень в поплавковой камере понижается, поплавок опускается, игла открывает подачу топлива, при достижении заданного уровня клапан закрывается. Таким образом, поплавковый клапан поддерживает постоянный уровень топлива. Благодаря балансировочному отверстию (4) в поплавковой камере поддерживается атмосферное давление. В практически выпускаемых карбюраторах, работающих с воздушными фильтрами, вместо этого отверстия используется балансировочный канал поплавковой камеры, ведущий не в атмосферу, а в полость воздушного фильтра или в верхнюю часть смесительной камеры. В этом случае дросселирующее влияние фильтра сказывается равномерно на всей газодинамике карбюратора, который становится балансированным.
Из поплавковой камеры топливо поступает через жиклёр (9) в распылитель (7). Количество топлива, подающегося из распылителя (7), по закону Бернулли зависит при прочих равных условиях от проходного сечения жиклёра и степени вакуума в диффузоре, а также от сечения диффузора. Соотношение сечений диффузора и главного топливного жиклёра является одним из основополагающих параметров карбюратора.
При впуске давление в цилиндрах двигателя понижается. Наружный воздух засасывается в цилиндр, проходя через смесительную камеру (8) карбюратора, в которой находится диффузор (трубка Вентури) (6), и впускной трубопровод, распределяющий готовую смесь по цилиндрам. Распылитель помещается в самой узкой части диффузора, где, по закону Бернулли, скорость потока достигает максимума, а давление уменьшается до минимума.
Под влиянием разности давлений происходит истечение топлива из распылителя. Топливо, вытекающее из распылителя, дробится в струе воздуха, распыляется, частично испаряясь и, перемешиваясь с воздухом, образует горючую смесь. В реальных карбюраторах используется построение топливоподающей системы, при котором в распылитель подаётся не гомогенное жидкое топливо, а эмульсия из топлива и воздуха. Такие карбюраторы называют эмульсионными. Как правило, вместо одиночного диффузора используется двойной. Дополнительный диффузор имеет небольшие размеры и расположен в главном диффузоре концентрически. Через него проходит только часть общего потока воздуха. Вследствие высокой скорости в центральной части при небольшом сопротивлении основному потоку воздуха достигается более качественное распыление. Количество смеси, поступающей в цилиндры, следовательно, и мощность двигателя, регулируются дроссельной заслонкой (5), у многих карбюраторов, особенно горизонтальных, вместо поворотной заслонки используется шибер — золотник.
Недостатком карбюратора с постоянным сечением диффузора является противоречие между необходимостью, с одной стороны, увеличивать проходное сечение диффузора для снижения газодинамических потерь на входе в двигатель и, с другой стороны, необходимостью уменьшать проходное сечение диффузора для обеспечения качества распыления топлива с его последующим испарением. Этот парадокс технически обойден в карбюраторах с постоянным разрежением (Stromberg, SU, Mikuni) и с переменным сечением диффузора. Отчасти эту проблему решает введение дополнительной смесительной камеры с последовательным открытием дросселей, тогда суммарное сечение диффузоров оказывается ступенчато изменяемым. В послевоенные годы в СССР широко использовались карбюраторы с двухступенчатым регулированием воздуха с параллельным дополнительным диффузором в одной смесительной камере — семейство К-22.
