Funktionsprinzip
Ein Turbolader besteht aus einer Abgasturbine im Abgasstrom, die einen Verdichter im Ansaugtrakt antreibt. Der Verdichter erhöht den Ladedruck im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors, so daß der Motor in jedem Arbeitstakt mit einer größeren Menge Luft und damit auch mehr Sauerstoff zur Verbrennung einer größeren Kraftstoffmenge versorgt wird. Das Ziel ist eine Steigerung der Leistungsabgabe oder eine Senkung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs des Motors.

Den Verdichtungsprozess nennt man Aufladen. Die durch die Verdichtung erwärmte Luft kann zusätzlich vor dem Zylinder gekühlt werden. Dies geschieht durch einen Ladeluftkühler. Sinn ist, den Füllungsgrad zu erhöhen, da kühle Luft eine größere Dichte aufweist. Ebenso wie die mechanische Verdichtung stellt die Ladeluftkühlung somit mehr Sauerstoff für den Verbrennungsvorgang/Arbeitstakt zur Verfügung.

Durch Turbos können Motoren mit gleicher Baugröße gegenüber unaufgeladenen Motoren größere Leistungen erzielen, ohne dass andere Maschinenparameter geändert werden müssen.

Da die Abgase im Turbolader weiter entspannt werden, steigt der Gesamtwirkungsgrad einer Maschinenanlage durch den Einbau eines korrekt ausgelegten Turboladers, insbesondere durch die Verringerung der Ansaugverluste. Im Extremfall wird bereits während des Ansaugtaktes Leistung von der Maschine (4-Takt) abgegeben.

Aufbau
Ein Turbolader besteht aus einer Turbine und einem Verdichter, die sehr ähnlich aufgebaut sind. Aus dem Wort Turbine wurde der Name Turbo abgeleitet. Die Turbine wird durch den Abgasstrom angetrieben und treibt den Verdichter an, der seinerseits die angesaugte Luft verdichtet und in den Motor leitet. Im Inneren der beiden Gehäuse dreht sich eine Art Flügelrad bzw. Schaufelrad, das die Strömungsenergie in eine Drehbewegung umsetzt. Ein Turbolader kann Drehzahlen bis zu 270.000 U/min erreichen . Diese enorm hohen Drehzahlen können nur erreicht werden, weil die Turboladerwelle nicht in einem herkömmlichen Lager (Wälzlager), sondern in Öl gelagert (Gleitlager) ist. Auch aus diesem Grund sollte ein Turbomotor vor dem Abschalten eine Weile im Leerlauf drehen, denn mit dem Abschalten des Motors fällt auch der Öldruck weg, was bei höheren Drehzahlen zum "Fressen" des Turboladers führen könnte. Die meisten Turbolader besitzen zur Kühlung Anschlüsse für den Öl- und/oder Wasserkreislauf. 

Ladedruckregler
Prinzipbedingt dreht sich die Welle des Abgasturboladers durch die antreibenden Abgasmengen mit steigender Motordrehzahl immer schneller. Um einen kritischen Drehzahlbereich nicht zu überschreiten und somit die Aufladung des Motors zu begrenzen, bedarf es eines Regelventils. Dieses Regelventil, auch Wastegate, Bypassventil oder Ladedruckregler genannt, begrenzt den Ladedruck durch eine Begrenzung des genutzten Abgasstromes. Je nach dem, ob eine Ladeluftkühlung vorhanden ist oder nicht, wird der frischluftseitige Druck zwischen 0,2 bis 2,2 bar begrenzt. D.h. weitere Abgasmengen, die zu einer gefährlich werdenden Druckerzeugung führen könnten, werden vor dem Turbinenrad weggeleitet und somit an der Turbine vorbeigeführt und energetisch ungenutzt direkt in die Abgasanlage geführt.

Diese Komponenten sind aufgrund ihrer Position im heißen Abgasstrom anfällig für Versagen und damit teils ein Grund gewesen, warum einzelne Motorenbauer bei Benziner-Motoren vom Turbolader-Prinzip weg- und auf Kompressorsysteme zugingen, die ohne Abgasantrieb arbeiten.

Umluftventil
Um das Ansprechverhalten des Motors nach dem "Gas weg nehmen" zu verbessern, wird der "überschüssige" Ladedruck schon vor dem Verdichterrad umgeleitet und direkt in den Ansaugkanal geleitet. Dies regelt das Umluftventil.

Ohne Umluft-Ventil: Wenn die Drosselklappe bei Benzinmotoren geschlossen wird, stößt die sich in Bewegung befindliche Luftsäule auf die Klappe. Die Luftsäule kehrt um, läuft vor das sich drehende Verdichterrad des Turboladers und bremst dieses stark ab.

Um dies Abbremsen zu verhindern, wird die Luftsäule (Drucksäule) mittels des Umluft-Ventils abgelassen. So kann sich der Lader frei weiterdrehen, und ein erneuter Druckaufbau wird verkürzt. So wird ein schnelleres Beschleunigen des Turbolader erzielt zugunsten eines besseren Ansprechverhaltens nach dem Schaltvorgang.

Das weitläufig bekannte Pop-off oder Blow-Off -Ventil ist nichts anderes als ein Umluft-Ventil. Der Unterschied besteht einzig darin, dass bei Verwendung eines Pop-Off-Ventils die überschüssige Luft nicht zurück in den Ansaugkanal, sondern abrupt in die Atmosphäre abgeleitet wird.