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自平衡兩輪電動車由于兩輪自平衡電動車的兩輪結(jié)構(gòu)，使得它的重心在上、支點在下，故在非控制狀態(tài)（或靜態(tài)）下為一不穩(wěn)定系統(tǒng)。然而，可以利用倒立擺系統(tǒng)的控制原理，通過微處理器的控制使它能夠如倒立擺一樣穩(wěn)定在一個平衡位置處，并能在保持平衡的狀態(tài)下按照使用者的指令要求正常運(yùn)行。兩輪自平衡電動車實際上是一級直線式倒立擺和旋轉(zhuǎn)式倒立擺的結(jié)合體，它的控制原理與倒立擺系統(tǒng)的基本一致。更形象地說，自平衡電動車的工作原理更像人行走的過程。
對于人而言，當(dāng)人體的重心向前傾斜并失去平衡時，人通過自身的感覺器官能夠察覺到自己身體的傾斜（角度），于是他會做出一個反應(yīng)——向前邁出一步來防止自己摔倒在地上。如果身體一直前傾，為了保持平衡，人就會一步又一步地往前走。因此，如果將兩個由電機(jī)驅(qū)動的車輪看成人的雙腿，再加上能夠測量車體相對于水平面傾角大小和速度的傳感器，{zh1}通過微處理器的控制便能夠?qū)崿F(xiàn)車體自平衡的效果。因而當(dāng)人站在車上時，只要將身體帶動車體一起往前傾（或后傾）就可以實現(xiàn)電動車載人前進(jìn)（或后退）。
