所有的TMS设备都遵循共同的基本架构，不同厂家制造的经颅磁刺激治疗仪虽然刺激参数及特性可能有所不同，但均是这个基本架构的简化与发展。

大型电容充电电源，通过TMS线圈快速放电以产生磁场脉冲，典型的峰值电压约为2000V，电流约为10 000A，高压电子开关（晶闸管）是产生有效刺激所需要的短脉冲（约250μ）的关键。

电流通过感应线圈产生感应磁场，继而产生感应电流，影响脑组织。感应线圈主要有圆形和8字两种形状，因为这样的形状能使感应磁场达到刺激脑组织所需的强度。线圈表面可产生约1.5～2.5T的峰磁场，线圈的感应系数影响脉冲的发生。磁场的精确度取决于线圈的几何形状，线圈的形状也决定其散热的程度和过热的情况。

圆形线圈直径通常为8cm，为一圈或多圈低电阻的纯铜线缠绕在一个平面的环形结构上。单个的圆形线圈没有真正的焦点，磁场在毗邻线圈处最强，且周围磁场相同，随着距离增加，其强度比邻近线圈的磁场强度迅速减弱。

8字形线圈是由2个相邻的环形或D形线圈在同一平面上连接而成，其电流方向相反。这个结构使2个回路在其交叉处的磁场增强，形成了一个锥体形磁场，降低了峰值强度。

8字线圈的磁场强度和聚焦性比环形线圈好，但是仍无法使低强度区聚集成一个高强的点。此外，即使磁场很好地聚焦，由于电流强度围绕磁通量线产生，磁通量越大，则电流强度越大，所以又会导致电流强度分散。由于8字线圈定位比圆形线圈精准，大脑的TMS研究更倾向于使用8字线圈，而圆形线圈常用于周围神经刺激。

为避免线圈感应磁场、电场带来的安全隐患，线圈接触头皮部分的温度不能超过41℃，并且反复过热也会损坏设备，因此大部分设备的辅助电路中包括了温度传感器，过热时设备将自动中断运行。一些设备还采用空气或液体冷却延长运转时间。

调节感应磁场的强度以及脉冲的频率，不同的强度及频率适用于不同的组织和功能。

可选用TMS支架（用于固定TMS线圈）、TMS头枕椅（用于固定患者头部）、TMS头枕（用于固定患者头部）或立体框架设备（用于固定患者头部），这些设备可将线圈和患者相对固定，增加磁场的方向精准性。