同轴电缆由里到外分为四层：中心铜线（单股的实心线或多股绞合线），塑料绝缘体，网状导电层和电线外皮。中心铜线和网状导电层形成电流回路。因为中心铜线和网状导电层为同轴关系而得名。
同轴电缆传导交流电而非直流电，也就是说每秒钟会有好几次的电流方向发生逆转。
如果使用一般电线传输高频率电流，这种电线就会相当于一根向外发射无线电的天线，这种效应损耗了信号的功率，使得接收到的信号强度减小。
同轴电缆的设计正是为了解决这个问题。中心电线发射出来的无线电被网状导电层所隔离，网状导电层可以通过接地的方式来控制发射出来的无线电。
同轴电缆也存在一个问题，就是如果电缆某一段发生比较大的挤压或者扭曲变形，那么中心电线和网状导电层之间的距离就不是始终如一的，这会造成内部的无线电波会被反射回信号发送源。这种效应减低了可接收的信号功率。为了克服这个问题，中心电线和网状导电层之间被加入一层塑料绝缘体来保证它们之间的距离始终如一。这也造成了这种电缆比较僵直而不容易弯曲的特性。
同轴电缆的屏蔽材料实质上主要是对外导体进行改进，从最初的管状外导体，依次发展为单层编织、双层金属。管状外导体虽然屏蔽性能非常好，但不易弯曲，使用不方便。单层编织的屏蔽效率最差，双层编织比一层编织的转移阻抗减少3倍，可见双层编织的屏蔽效果比单层有了很大的改善。各大同轴电缆制造商都在不断改进电缆的外导体结构以保持其性能。