PLC的工作方式是一個不斷循環的順序掃描工作方式，每一次掃描所用的時間稱為掃描周期。CPU從第一條指令開始，按順序逐條地執行用戶程序直到用戶程序結束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復始地重復上述循環掃描工作的。概括而言，PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環掃描的方式進行工作的。CPU從第一條指令執行開始，按順序逐條地執行用戶程序直到用戶程序結束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。整個過程可分為三個部分:
1、上電處理：對PLC系統進行初始化，包括硬件初始化，I/O模塊配置檢查，停電保持范圍設定及其他初始化處理等。
2、掃描過程：先完成輸入處理，再完成與其他外設的通信處理，再次進行時鐘、特殊寄存器更新。
3、出錯處理：PLC每掃描一次，執行一次自診斷檢查，確定PLC自身的動作是否正常。當PLC處于正常運行時，它將不斷循環掃描。
這個過程可分為“輸入采樣”、“程序執行”、“輸出刷新”三個階段。
1、輸入采樣階段：首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態存入相對應的輸入映像寄存器中，輸入映像寄存器被刷新。在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入I/O映象區中的相應的單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。接著進入程序執行階段。
2、程序執行階段：根據PLC梯形圖程序掃描原則，一般按從左到右，從上到下的原則順序執行程序。在用戶程序執行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。即，在用戶程序執行過程中，只有輸入點在I/O映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或系統RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區別。
3、輸出刷新階段：在所有指令執行完畢后，元件映像器中所有輸出繼電器的狀態在輸出刷新階段轉存至輸出鎖存器中，通過一定的方式輸出，最后經過輸出端子驅動外部負載。當掃描用戶程序結束后，可編程邏輯控制器就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。