Die Tonrad-Klangerzeugung erinnert an die rotierende Scheibe einer Sirene. Allerdings wird bei der Orgel keine Pressluft durch Löcher am Scheibenrand geblasen. Vielmehr nimmt ein elektromagnetischer Tonabnehmer den Wechsel der Kerben am Rand der rotierenden Scheibe ab.
In der Nähe der Scheibe befindet sich ein magnetisierter Stab. Der rotationsbedingte Wechsel von Kerben und Wölbungen am Tonrad ändert das Magnetfeld zyklisch und das wechselnde Magnetfeld induziert eine Wechselspannung in einer Tonabnehmer-Spule. Diese Signale werden gefiltert, mit Vibrato versehen, im Pegel vom Expression Pedal geregelt und erneut verstärkt.
Der Wechselstrom-Synchronmotor treibt die Hauptwelle an. An diese sind 24 Räderwerke in 12 verschiedenen Größen angeschlossen. Die Räderwerke treiben die Tonradgeneratoren an. Aus den Drehzahlverhältnissen und der Anzahl der Kerben am Zahnrad ergibt sich die Stimmung jedes Generators. Sie entspricht (annähernd) der gleichschwebenden Stimmung.
Wie Pfeifenorgeln mit sogenannten "Multiplex-Registern" nutzt auch die Hammond-Orgel bestimmte Generatoren für mehrere Zwecke: Die Signale bestimmter hochfrequenter Tonräder dienen sowohl als Grundton für hohe Noten als auch als Oberton-Register für tiefe Noten. Dieser Umstand wirkt sich auf den Klang der Orgel aus, und zwar durchaus positiv, da bestimmte Verstimmungen vermieden werden und der Pegel zwischen Oktaven in bestimmten Situationen stabilisiert wird.