Tor通过一种叫做路径选择算法的方式自动在网络中选择3个Tor节点，这三个节点分别叫做入口节点（Guard relay）、中间节点（Middle relay）和出口节点（Exit relay）。 在网络连接的 应用层，数据以一种叫做 洋葱路由 的方式进行传输。 数据首先在用户端连续加密三层，而三个中继各自解密一层，这样它们就能知道接下来把数据传送给谁。

洋葱路由的目标在于，找到一种尽可能隐私的方式来使用互联网，其想法是通过多个服务器转发流量并在每一步进行加密。 时至今日，这仍是一种 Tor 工作原理的简单解释。 在 2000 年代早期，Roger Dingledine，一位 麻省理工大学 (MIT) 应届毕业生，开始与 Paul Syverson 一起参与 NRL 的洋葱路由项目。 其他地方也开始出现洋葱路由项目，为了将其与 NRL 这一初始的工作进行区分，Roger 把这个项目叫做 Tor，表示 The Onion Routing。 Roger 在 MIT 的同学 Nick Mathewson 很快也加入了这个项目。 从 20 世纪 90 年代初创开始，洋葱路由就被设想为依赖于一个去中心化网络。