飞轮取代蓄电池作为能源储存装置，其基本原理是将电能转换为转子转动的动能（机械能），通过电机驱动飞轮高速旋转将能源储存起来，当需要电能时，再通过发电机将机械能转换为电能。这里电机和发电机是同一装置，互为逆过程。

　　航天应用储能飞轮系统实现能量控制的基本原理是，当卫星在日照区时，太阳电池阵的能量使飞轮达到最高转速，储存一部分能量；而当卫星在阴影区时，太阳电池阵不能发电，这时飞轮速度降下来，将储存在飞轮中的一部分动能发电，转换为电能供卫星上负载使用。飞轮能量流程如图所示。

　　图 飞轮能量流程图

　　图所示（空心箭头表示日照区，实心箭头表示阴影区）为高速磁悬浮储能飞轮系统能量流程图，它分为两个部分：在日照区时，由太阳能电池板为星载设各提供电能，并且同时高速磁悬浮储能飞轮系统提供电能，驱动其旋转，实现姿态控制并将能量以动能的形式存储起来；当航天器在阴影区时，太阳能电池帆板失去效用，由高速磁悬浮储能飞轮系统释放动能转换为电能为星载设备提供能量，同时兼顾姿态控制功能。