סיבוב הרוטורים גורם למגעי הפינים להשתנות עם כל אות חדשה שמוקלדת, וכתוצאה נגרמים שינויים תכופים בנתיבים החשמליים של האות. כך מממשת האניגמה צופן פוליאלפביתי, שיוצר רמת אבטחה גבוהה יחסית לתקופה המדוברת.
פענוח ההודעות המוצפנות התבצע באמצעות הקלדתן במכונה זהה. מכיוון שמסלול הזרם הוא הפיך, הרי אם במערך רוטורים מסוים הקלדת האות A הצפינה אותה ל-G, אזי הקלדת האות G תיתן בחזרה את האות A, וכך לגבי האותיות הבאות. לכן כל שנדרש לפענוח הוא המסר המוצפן ומכונה זהה (אותם הרוטורים והמשקף, ובאותו מצב ראשוני). אם אות מסוימת לא נקלטה נכון, הרי שפענוחה ייתן אות אחת שגויה, אבל שאר האותיות יפוענחו נכון, כי מצב הרוטורים זה ביחס לזה יישמר. איבוד של אות (לדוגמה, קליטה של ABCEFG במקום ABCDEFG) יגרום לכל האותיות החל מהאות שאבדה להיות שגויות, וכך במקרים רבים ניתן יהיה לזהות את העובדה שאות אחת חסרה, להקליד אות כלשהי במקומה, כדי להחזיר את הרוטורים למצבם הנכון, ולפענח את שאר המסר (למעט אות אחת לא ידועה).
עוצמתה של האניגמה הייתה בכך שאף אם נפלו מכונות בידי האויב, כך שנודע לו חיווט הרוטורים והמשקף, היה קשה מאוד לפענח את ההודעה ללא ידיעת מצבה הראשוני של המכונה, כלומר סידור הרוטורים זה מול זה בתחילת המסר, וסידור לוח התקעים (ראו בהמשך) - ואלה השתנו מדי יום, על פי ספרי צופן שהוכנו מראש.
הרוטורים.
הרוטורים הם הלב של מכונת האניגמה. קוטרם 10 סנטימטרים. כל רוטור הוא דיסקית מגומי קשיח שבצדה האחד 26 פינים מפליז, לחוצים על ידי קפיצים ומסודרים במעגל. בצד השני של הרוטור יש מספר זהה של מגעים חשמליים. השימוש בקפיצים גורם לכך שכל אחד מהפינים לוחץ בכוח על המגע ברוטור הסמוך, וכך מובטח מגע חשמלי תקין. כל סוג של רוטור מהווה טבלת החלפה, כלומר חיווטו הפנימי קובע לאיזה יציאה יגיע האות מכל כניסה. הפינים והמגעים מייצגים את האלפבית, וכל אות שמוקלדת על האניגמה גורמת לכניסת זרם חשמלי באחת הכניסות, וליציאתו באחת היציאות האחרות.
כל אחד מהרוטורים כולל חריץ (ולפעמים חריצים כפולים), המשמשים לבקרת תנועת הפסיעה של הרוטורים. בגרסה הצבאית של האניגמה נמצאים החריצים על טבעת האלפבית.
מכונות האניגמה של הצבא וחיל האוויר צוידו במספר רוטורים. בהתחלה היו רק שלושה. ב-15 בדצמבר 1938 עלה המספר לחמישה רוטורים. הרוטורים סומנו בספרות רומיות על מנת להבדיל ביניהם: IV ,III ,II ,I ו-V, כולם עם חריץ יחיד בנקודות שונות בטבעת האלפבית. ייתכן שזה נועד להיות אמצעי אבטחה נוסף, אך לבסוף איפשר את התקפות השעון הפולניות והתקפת הבנבוריסמוס האנגלית על צופן האניגמה.
גרסת הוורמאכט למכונה הכילה תמיד יותר רוטורים מיתר השירותים: בתחילה היו שישה, ולבסוף גדל המספר לשמונה. הרוטורים הנוספים מוספרו VII ,VI ו-VIII, כולם עם חיווטים שונים, והיו להם שני חריצים באותיות "N" ו-"A", דבר שאפשר מחזוריות שונה של תזוזת הרוטורים.
גרסת M4 של הצי הכילה רוטור רביעי, בנוסף לשלושת הרוטורים. הרוטור הרביעי היה עשוי להיות משני סוגים - "Beta" או "Gamma". הרוטור הרביעי לא זז לעולם אלא נקבע ידנית באחד מ-26 המיקומים האפשריים.
הרוטור עצמו מבצע רק הצפנה פשוטה, באמצעות צופן החלפה. למשל, הפין שמקושר לאות E עשוי להיות מחווט למגע של האות T בצד השני. מורכבות האניגמה נובעת מהשימוש במספר רוטורים בטור ומספקת הצפנה חזקה הרבה יותר.
תנועת פסיעה.
כדי להימנע מצופן החלפה פשוט, חלק מהרוטורים מסתובבים עם לחיצות עוקבות של מקש. מנגנון זה מבטיח שהתמרת ההצפנה היא שונה בכל מצב, וכך נוצר צופן החלפה פוליאלפביתית קשה לפיצוח. בסידור הנפוץ ביותר משתמשים במנגנון תפס ובגלגל משונן. לכל רוטור מוצמד גלגל משונן בעל 26 שיניים; קבוצה של תפסים מושכת בשיני גלגל השיניים. התפסים נדחפים קדימה בו-זמנית עם כל לחיצת מקש. אם תפס מושך בשיני הגלגל המשונן, הרוטור המתאים מתקדם פסיעה אחת.
באניגמה של הוורמאכט מוצמדת לכל רוטור טבעת מחורצת, ניתנת להתאמה. חמשת הרוטורים הבסיסיים (V - I) הם בעלי חריץ אחד בכל רוטור, בעוד שהרוטורים הנוספים (במכונות של הצי) VII, VI ו-VIII, הם בעלי שני חריצים.
בנקודה מסוימת, חריץ של רוטור יהיה מיושר עם התפס, וכך יוכל התפס לאחוז בגלגל המשונן של הרוטור הבא, לאחר שיהיו לחיצות מקש עוקבות. כאשר תפס אינו מיושר עם חריץ, הוא מחליק מעל משטח הטבעת מבלי לאחוז בגלגל המשונן. במערכת רוטורים בעלי חריץ יחיד, הרוטור השני מתקדם פסיעה אחת כל 26 פסיעות של הרוטור הראשון, והרוטור השלישי מתקדם כל 26 פסיעות של הרוטור השני. כמו כן, ישנו מצב שבו הרוטור השני יכול לפסוע פעמיים לאחר לחיצות מקש עוקבות, מה שמכוּנה "פסיעה כפולה", המביאה לידי קיצור זמן המחזור.
הפסיעה הכפולה מתרחשת באופן המתואר להלן: הרוטור הראשון פוסע ולוקח את הרוטור השני צעד אחד קדימה. אם הרוטור השני זז עד לצעד זה לתוך מיקום החריץ שלו, יכול התפס השלישי להרפות. בצעד הבא דוחף תפס זה את הגלגל המשונן של הרוטור השלישי ומקדם אותו, אבל הוא גם יידחף לתוך החריץ של הרוטור השני ויקדם את הרוטור השני פעם נוספת ברצף.
אם בגלגל הראשון והשני יש חריצים בודדים, הרי מכונה שבה יש שלושה גלגלים היא בעלת מחזור של 26×25×26 = 16,900 (לא 26 × 26 × 26 בגלל הפסיעה הכפולה. ראו את הקישור בקישורים חיצוניים).
גודל ההודעות הוגבל לכמה מאות אותיות, כדי למנוע סכנה של חזרה על מיקום כלשהו בהודעה בודדת.
כדי להשתמש ברוטורים "Beta" ו-"Gamma" של הצי, שהוכנסו לשימוש ב-1942, שונה המשקף לדגם דק והרוטור הרביעי המיוחד הונח כנגדו. המנגנון עצמו לא עבר תמורות. מאחר שיש רק שלושה תפסים, הרוטור הרביעי לעולם אינו נע במהלך ההצפנה, אבל ניתן לקבוע אותו ידנית לאחד מ-26 המיקומים שלו.
כאשר לוחצים על מקש, הרוטורים זזים לפני שהמעגל החשמלי נסגר.
גלגל האתחול.
גלגל האתחול (בגרמנית: "Eintrittswalze") מחבר למרכב הרוטורים את לוח התקעים, אם קיים, או אם לא - את לוח המקשים ולוח הנורות. בעוד שהחיווט המסוים שבו משתמשים אינו בעל חשיבות באבטחת המידע, הוא עדיין היווה מכשול בפני המפענח הפולני מריאן רייבסקי. האניגמה המסחרית מחברת את המקשים לפי סדר הופעתם על גבי לוח המקשים: Qformula_1A, Wformula_1B, Eformula_1C וכך הלאה. האניגמה הצבאית מחברת אותם באופן אלפביתי רציף:
Aformula_1A, Bformula_1B, Cformula_1C וכך הלאה.
רייבסקי היה זקוק לניחושים מוצלחים מאוד על מנת להבין את השינוי, ואז יכול היה לפתור את המשוואות.
המשקף.
למעט דגמי A ו-B המוקדמים, הרוטור האחרון צמוד ל"משקף", תכונה ייחודית בקרב מכונות מבוססות רוטורים באותה תקופה. המשקף מחבר את המוצאים של הרוטור האחרון בזוגות, ומטה את הזרם חזרה דרך הרוטורים, בנתיב שונה. המשקף גורם לכך שפענוח הצופן מתאפשר באמצעות אותה המכונה בדיוק. תכונה נוספת של השימוש במשקף היא שאות אינה יכולה להיות מקודדת לעצמה, טעות תכנונית שנוצלה מאוחר יותר על ידי מפצחי האניגמה.
במודל C המסחרי של האניגמה, ניתן לקבוע את המשקף באחד מ-26 מיקומים, אך הוא נותר קבוע בזמן הקידוד. באניגמה של האבווהר "פוסע" המשקף בזמן ההצפנה, בדומה לרוטורים.
לוח התקעים.
לוח התקעים (בגרמנית: Steckerbrett) מאפשר חיווט משתנה. הלוח הופיע לראשונה בגרסאות של הצבא הגרמני ב-1930 ואומץ עד מהרה בידי הצי הגרמני. לוח התקעים תורם משמעותית לחוזק ההצפנה, הרבה מעבר לתרומה שהייתה מעניקה תוספת של רוטור יחיד. אניגמה ללא לוח התקעים יכולה להיפרץ באופן פשוט יחסית באמצעות שיטות ידניות; שיטות אלה אינן מועילות כאשר מוסיפים לוח תקעים. במקרים אלה יש צורך במכונות מיוחדות על מנת לפרוץ את הצופן.
כבל שמחובר ללוח מחבר זוגות של אותיות. למשל E ו-Q הוא זוג אפשרי. ההשפעה של החיבור היא החלפת האותיות לפני ואחרי פעולת הרוטור הראשון של יחידת הערבול. למשל, כאשר מפעיל לוחץ על E, האות מוסת ל-Q לפני שהוא נכנס לרוטורים. עד 13 זוגות כבלים כאלה יכולים לשמש בו זמנית.
זרם עובר מלוח המקשים אל לוח התקעים ואז ממשיך לגלגל האתחול. כל אות על לוח התקעים היא בעלת
שני שקעים. הכנסת תקע תנתק את השקע העליון (מלוח המקשים) ואת השקע התחתון (מגלגל האתחול) של האות. התקע בקצה השני של הכבל הדו צדדי מוכנס לשקעים של אות אחרת ובכך מצליב את החיבורים של שתי האותיות.
עזרים.
אביזר חשוב שהיה נחלת דגם M4 היה ה-"Schreibmax": מדפסת זעירה שיכלה להדפיס על סרט נייר קטן. המדפסת ייתרה את הצורך במפעיל נוסף, שתפקידו היה לקרוא את הנורות ולכתוב את האותיות. ה-"Schreibmax" מוקם מעל האניגמה וחובר ללוח נורות; על מנת להתקין את המדפסת, היה צורך להסיר את כל הנורות. מלבד הנוחיות שבדבר, עלתה גם רמת האבטחה: קצין האותות לא היה צריך להיחשף להודעה המקורית. המדפסת עשויה הייתה להיות מותקנת בלשכתו של קברניט הצוללת, ותפקידו של קצין האותות היה לקבוע את המפתח ולהקליד את ההודעה המקודדת, מבלי שייראה את הטקסט המפוענח שהתקבל.
עזר נוסף היה לוח נורות מרוחק ששימש כאמצעי אבטחה. מעטפת העץ של אניגמה בעלת לוח נוסף הייתה רחבה יותר על מנת להכיל את הלוח. הלוח המרוחק איפשר לקורא לראות את ההודעה המפוענחת מבלי לאפשר למפעיל לראות את ההודעה.
ב-1944 הכניס הלופטוואפה לראשונה מתג לוח תקעים נוסף שנקרא ה"אוהר" (שעון בגרמנית). השעון היה קופסה קטנה, שכללה מתג בעל 40 מצבים. המתג החליף את לוח התקעים. לאחר חיבור התקעים, לפי דף המפתחות היומיים, יכול היה המפעיל לשים את המתג באחד מ-40 המצבים. כל מצב גרם לצירוף שונה של חיווט תקעים. בשונה משיטת חיבור התקעים המקורית, חיבורים שכאלה לא נעשו בזוגות.