-槓桿：

一台平衡的起重機包含了一個圍繞「支點」旋轉的橫梁。通過槓桿的原理，可以在較長的一端用相對小的力，來平衡較短的一端的相對大的負載。負載與所施加力的比率就是槓桿較長臂與較短臂的長度比，這就是機械優勢。

-滑輪：

一台臂架型起重機會有一個傾斜的支撐（「吊臂」）來支撐一個定滑輪組，由繩索在這個定滑輪組和一套連接重物的動滑輪組之間纏繞。當繩索的自由端被手或卷揚機拉動的時候，滑輪系統會給重物提供一個等於施加力乘以滑輪組之間繩股數的大小的力。這也是機械優勢。

-液壓缸：

可直接用於提升負荷，或間接移動承載了另一個提升裝置的起重臂或梁。
像所有的機器一樣，起重機也遵循能量守恆定律。這意味著輸出給負載的能量不會超過輸入機器的能量。例如，如果一個滑輪系統能夠提供10倍的施加力，則負載動作的距離就會只有施加力的十分之一。因為能量正比於力和距離的積，輸出能量被保持大致等於輸入能量（在實踐中，由於摩擦等因素造成能量損失，還會略小一些）。

對於穩定性，起重系統各個部分的力矩和必須接近於零，才能確保吊車不翻。實踐中，負載被允許的最大值（「額定載荷」）一定會比導致傾翻的負載要小，從而提供了安全餘量。
根據美國的現代起重機標準，履帶式起重機的額定載荷是傾翻載荷的75%，帶支腿的流動式起重機的是85%。起重機設計的這些要求和安全相關的一些其他方面由美國機械工程師學會在標準ASME B30.5-2014 「Mobile and Locomotive Cranes」（流動式和移動式起重機）中做出規定。
安裝在船舶或海上平台上的起重機的標準由於由於船體運動產生的動態負載而更加嚴格一些。此外，船隻或平台的穩定性也必須加以考慮。
對於固定底座或主梁式起重機，吊杆、臂和負載產生的力矩由底座或主梁抵消。基座內的應力必須小於該材料或起重機被破壞的屈服應力。