В основе простого генератора Ван де Граафа лежит диэлектрическая лента (например, шёлковая или резиновая), которая вращается, натянутая на два ролика. Нижний ролик — металлический и соединён с землёй, а верхний — сделан из изоляционного материала.

Рядом с лентой, в её верхней и нижней части, расположены металлические электроды в форме щёток. Нижний электрод подключён к источнику высокого напряжения (порядка нескольких тысяч вольт) и создаёт сильное электрическое поле. Это поле ионизирует молекулы воздуха, в результате чего положительные ионы начинают притягиваться к заземлённому нижнему ролику. По пути они оседают на движущуюся ленту, так что участок ленты, идущий вверх, оказывается заряженным.

Лента переносит этот заряд внутрь металлической сферы. Верхний электрод-щётка, соединённый с внутренней поверхностью сферы, "снимает" положительный заряд с ленты. Поскольку одноимённые заряды отталкиваются, они мгновенно распределяются по внешней поверхности сферы, где и накапливаются.

Таким образом, генератор непрерывно "перекачивает" электрический заряд с земли на внешнюю сторону сферы, что приводит к постоянному росту её напряжения относительно земли. Этот рост ограничен лишь тем, что при достижении определённого потенциала заряды начинают "стекать" с остриёв сферы через ионизированный воздух (коронный разряд), не позволяя напряжению увеличиваться бесконечно.