在电池技术尚未成熟的时代，不间断电源曾采用飞轮和内燃机作为主要能源来源，被称为飞轮式或旋转式不间断电源。这种系统由整流器、直流电动机、飞轮、柴油机（或汽油机）以及发电机等部件构成。正常情况下，电网供电时，整流器产生的直流电驱动电动机带动飞轮旋转，发电机随之为负载供电。飞轮的惯性使得发电机转速稳定，起到了过滤电网干扰的作用。一旦电网停电，飞轮继续驱动发电机，同时启动柴油机以电力支援，确保负载的连续供电。
然而，飞轮式不间断电源因内燃机的噪音和体积问题，现今主要应用于紧急情况或恶劣环境，而非常规场合。现代不间断电源则普遍采用电池作为主要能源，自二十世纪六十年代以来，随着通用电气公司的研发，不间断电源设计不断优化，但基本工作原理保持不变。
现代不间断电源由电池组、逆变器和控制电路组成，它们连接电网和电器负载。在电网正常时，不间断电源利用电网为自身充电。当电网出现故障，电池中的储备电能将被逆变器转换并供应给负载。根据工作方式，不间断电源可分为在线式，始终与电网连接提供连续电源，和后备式（离线式），在电网断电时提供备用电源。按输出波形，又可分为正弦波和近似正弦波等形式。
UPS（Uninterruptible Power System ），即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。