飛輪電池通過輸入/輸出電子裝置與外部大功率的電氣系統(tǒng)相連，外部系統(tǒng)所傳輸?shù)哪芰拷?jīng)由電動機通過提升飛輪的轉速將電能轉化為機械能儲存。當需要向負載輸出功率時，飛輪通過發(fā)電機再將機械能轉化為電能，同時飛輪轉速降低。

由于飛輪電池系統(tǒng)的能量轉換是單線程的，即不可能同時輸入、輸出能量，為了降低電池系統(tǒng)質量和制造成本，通常將電動機/發(fā)動機以及輸入/輸出電子裝置集成在一起。因為在實際工作中，飛輪的轉速可達40000～50000r/min，一般金屬制成的飛輪無法承受這樣高的轉速，所以飛輪一般都采用碳纖維制成，既輕，剛度又大，進一步減少了整個系統(tǒng)的重量。同時，為了減少充放電過程中的能量損耗（主要是摩擦力損耗），電機和飛輪都使用磁軸承，使其懸浮，以減少機械摩擦；同時將飛輪和電機放置在真空容器中，以減少空氣摩擦。這樣飛輪電池的凈效率（輸入輸出）達95%左右。