Zasada działania Pułapka Penninga wykorzystuje silne, jednorodne, osiowe pole magnetyczne, by ograniczyć ruch cząstek promieniowo oraz kwadrupolowe pole elektryczne, aby ograniczyć cząstki osiowo. Statyczny potencjał elektryczny może być generowany za pomocą zestawu trzech elektrod: pierścienia i dwóch denek. W idealnej pułapce Penninga pierścień i denka mają kształt hiperboloidalny. Do zatrzymywania dodatnich (ujemnych) jonów elektrody denek mają dodatni (ujemny) potencjał względem pierścienia. Potencjał ten wytwarza punkt o najniższej energii w środku między denkami na linii wzdłuż pola magnetycznego, przez co pole elektryczne ogranicza ruch jonów wzdłuż kierunku osiowego.
Ruch cząstki thumb|Przykładowy ruch cząstki w płaszczyźnie prostopadłej do osi symetrii pułapki. Epicykloida jest złożeniem ruchu cyklotronowego (mały okrąg) i magnetronowego (duży okrąg). Gdyby w komorze panowało tylko pole magnetyczne, a cząstka poruszałaby się prostopadle do linii pola magnetycznego, to cząstka obdarzona ładunkiem poruszałaby się po okręgu z częstością cyklotronową: