Khi động cơ đã khởi động, ắc quy không còn phải đảm nhiệm vai trò chính nữa. Máy phát điện sẽ đảm nhận nhiệm vụ này. Nó chuyển đổi năng lượng cơ học của động cơ đang quay thành năng lượng điện, sạc cho ắc quy và cung cấp năng lượng cho đèn, hệ thống đánh lửa, hệ thống thông tin giải trí và mọi thiết bị điện khác trong xe.

Nguyên lý hoạt động dựa trên cảm ứng điện từ. Rôto quay bên trong stato, và từ trường chuyển động tạo ra dòng điện xoay chiều trong các cuộn dây stato. Bộ chỉnh lưu được cấu tạo từ các điốt chuyển đổi dòng điện xoay chiều đó thành dòng điện một chiều, mà hệ thống điện của ô tô sử dụng. Bộ điều chỉnh điện áp giữ cho điện áp đầu ra ổn định, thường ở mức khoảng 13,5 đến 14,5 vôn, bất kể tốc độ động cơ.

Máy phát điện xoay chiều được dẫn động bằng dây đai. Một dây đai hình chữ S nối ròng rọc máy phát điện với ròng rọc trục khuỷu. Nếu dây đai bị trượt hoặc đứt, máy phát điện sẽ ngừng sạc và xe sẽ chỉ chạy bằng năng lượng ắc quy. Tình trạng này kéo dài cho đến khi ắc quy hết điện, thường là từ 30 đến 60 phút. Các dấu hiệu cảnh báo bao gồm đèn mờ, tiếng rít và đèn báo lỗi ắc quy trên bảng điều khiển.

Những chiếc xe hiện đại với hệ thống khởi động/dừng tự động và phanh tái tạo năng lượng sử dụng các máy phát điện phức tạp hơn, đôi khi được gọi là các tổ hợp động cơ-máy phát, có thể hỗ trợ thêm cho động cơ đốt trong. Nhiệm vụ cơ bản vẫn không thay đổi: giữ cho pin luôn được sạc đầy và hệ thống điện tử hoạt động.