同轴电缆使用内部导体（通常是实心铜，绞合铜线或镀铜钢丝）传导电信号，该内部导体被绝缘层包围，并且全部被屏蔽层（通常为一到四层编织的金属编织层和金属带）包围。电缆由外部绝缘护套保护。通常，屏蔽层的外部保持接地电位，并且将信号传输电压施加到中心导体。同轴设计的优势在于，在差分模式下，内部导体上和外部导体内部具有相等的推挽电流，信号的电场和磁场被限制在电介质内，屏蔽层外部几乎没有泄漏。此外，如果在线路的接收端滤除了不相等的电流，则在很大程度上防止了电缆外部的电场和磁场干扰电缆内部的信号。这种特性使得同轴电缆既适合承载微弱的信号（不能容忍来自环境的干扰），又适合于较强的电信号（必须不允许辐射或耦合到相邻的结构或电路中）。较大直径的电缆和带多个屏蔽的电缆泄漏较少。

同轴电缆的常见应用包括视频和CATV分配，RF和微波传输以及计算机和仪器数据连接。

电缆的特性阻抗（{\ displaystyle Z_ {0}} Z_ {0}）由内部绝缘体的介电常数以及内部和外部导体的半径确定。在射频系统中，电缆长度与所传输信号的波长相当，因此均匀的电缆特性阻抗对于最大程度地降低损耗很重要。选择源阻抗和负载阻抗以匹配电缆的阻抗，以确保最大的功率传输和最小的驻波比。同轴电缆的其他重要特性包括衰减与频率，电压处理能力和屏蔽质量的关系

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同轴电缆的设计选择会影响物理尺寸，频率性能，衰减，功率处理能力，灵活性，强度和成本。内部导体可能是实心的或绞合的；搁浅更灵活。为了获得更好的高频性能，内部导体可能会镀银。镀铜钢丝通常用作有线电视行业电缆的内部导体。

围绕内部导体的绝缘子可以是实心塑料，泡沫塑料或带有支撑内部电线的垫片的空气。介电绝缘体的特性决定了电缆的某些电气特性。常见的选择是用于低损耗电缆的固态聚乙烯（PE）绝缘子。固态聚四氟乙烯（PTFE）也用作绝缘体，并且仅用于增压电缆中。[需要引证]一些同轴线使用空气（或其他气体）并具有隔离物，以防止内部导体接触屏蔽层。

许多传统的同轴电缆使用编织铜线形成屏蔽层。这样可以使电缆具有柔性，但是这也意味着屏蔽层中存在间隙，并且屏蔽层的内部尺寸会稍有变化，因为编织层不能平坦。有时编织层是镀银的。为了获得更好的屏蔽性能，某些电缆具有双层屏蔽。[4]屏蔽层可能只是两个编织层，但现在更常见的是用金属丝编织层覆盖薄箔屏蔽层。一些电缆可能会投资于两个以上的屏蔽层，例如“ quad-shield”，它使用了四个交替的箔和编织层。其他屏蔽设计则牺牲了灵活性，以获得更好的性能。一些屏蔽是坚固的金属管。这些电缆不能急剧弯曲，因为屏蔽层会扭结，从而导致电缆损耗。当使用箔屏蔽层时，箔中包含一根细小的导线，使焊接屏蔽端子更加容易。

对于高达1 GHz的大功率射频传输，可提供尺寸为0.25英寸以上的带实心铜外导体的同轴电缆。外导体像波纹管一样是波纹状的，以具有柔韧性，而内导体则通过塑料螺旋线保持在适当的位置，以近似于空气绝缘。[4]这种电缆的一个品牌名称是Heliax。

同轴电缆需要绝缘（电介质）材料的内部结构，以保持中心导体和屏蔽层之间的间距。介电损耗按以下顺序增加：理想介电（无损耗），真空，空气，聚四氟乙烯（PTFE），聚乙烯泡沫和固态聚乙烯。不均匀的电介质需要通过非圆形导体进行补偿，以避免产生电流热点。

尽管许多电缆具有固体电介质，但其他电缆却具有泡沫电介质，其中包含尽可能多的空气或其他气体，以允许使用较大直径的中心导体来减少损耗。泡沫同轴电缆的衰减将减少约15％，但某些类型的泡沫介质在潮湿的环境中（尤其是在其许多表面）可以吸收湿气，从而大大增加了损耗。形状像星形或辐条的支撑甚至更好，但更昂贵，并且极易受潮气渗透。更昂贵的是20世纪中叶用于某些城市间通信的空同轴电缆。中心导体每隔几厘米被聚乙烯圆盘悬挂。在某些低损耗同轴电缆（例如RG-62型）中，内部导体由聚乙烯的螺旋线支撑，因此，大部分导体与护套内部之间存在空隙。空气的较低介电常数允许在相同阻抗下具有更大的内径，在相同截止频率下具有更大的外径，从而降低了欧姆损耗。内部导体有时会镀银，以使表面光滑并减少由于集肤效应引起的损耗。[4]粗糙的表面会延伸电流路径，并使电流集中在峰值处，从而增加欧姆损耗。

绝缘外套可以由许多材料制成。常见的选择是PVC，但某些应用可能需要耐火材料。户外应用可能需要夹克抵抗紫外线，氧化，啮齿动物破坏或直接掩埋。同轴电缆泛滥时会使用阻水凝胶，以防止电缆因护套中的小切口而渗入水中。对于内部机箱连接，可以省略绝缘护套。

在大功率，高压和低衰减应用中，同轴电缆的最佳阻抗是在1929年由贝尔实验室通过实验确定的，分别为30，60和77Ω。对于具有空气绝缘层和给定内径屏蔽的同轴电缆，通过选择内导体的直径以提供76.7Ω的特性阻抗，可以将衰减最小化。[12]如果考虑使用更常见的电介质，则最佳损耗阻抗会降至52–64Ω之间的值。 30Ω时可实现最大功率处理。[13]

在自由空间中匹配中心馈电偶极子天线（即没有地面反射的偶极子）所需的近似阻抗为73Ω，因此通常使用75Ω同轴电缆将短波天线连接到接收器。这些通常涉及如此低的RF功率，以致与衰减相比，功率处理和高压击穿特性不重要。与CATV相似，尽管许多广播电视装置和CATV前端使用300Ω折叠偶极天线来接收空中信号，但75Ω同轴电缆却为这些天线提供了方便的4：1平衡-不平衡变压器，并具有低衰减。

30Ω至77Ω之间的算术平均值为53.5Ω；几何平均值为48Ω。通常选择50Ω作为功率处理能力和衰减之间的折衷选择，以作为选择该电阻的原因。[12] 50Ω也可以很好地工作，因为它大约对应于半波偶极子的馈电点阻抗，安装在“正常”接地上方大约半波处（理想情况下为73Ω，但对于水平悬挂较低的导线则减小）。

RG-62是一种93Ω同轴电缆，最初用于1970年代和1980年代初期的大型计算机网络（它是用于将IBM 3270终端连接到IBM 3274/3174终端集群控制器的电缆）。后来，一些LAN设备制造商（例如ARCNET的Datapoint）采用RG-62作为其同轴电缆标准。与其他类似尺寸的同轴电缆相比，该电缆每单位长度的电容最低。

同轴系统的所有组件都应具有相同的阻抗，以避免组件之间的连接处发生内部反射（请参阅阻抗匹配）。这种反射可能会导致信号衰减。它们会引入驻波，从而增加损耗，甚至可能导致大功率传输导致电缆介电击穿。在模拟视频或电视系统中，反射会导致图像重影；多次反射可能会导致原始信号后跟多个回波。如果同轴电缆是开放的（末端未连接），则终端的电阻几乎无限大，这会引起反射。如果同轴电缆短路，则终端电阻几乎为零，这会导致极性相反的反射。如果同轴电缆的纯电阻等于其阻抗，则反射将几乎消除。