Traceroute werkt door gebruik te maken van het TTL-veld (Time-to-Live) in IP-pakketten en ICMP-berichten (Internet Control Message Protocol) om het netwerkpad van een bron naar een bestemming in kaart te brengen. Wanneer traceroute wordt uitgevoerd met een bestemmings-IP-adres of hostnaam, begint het met het verzenden van ICMP Echo Request-pakketten naar de bestemming met een initiële TTL van 1. De TTL specificeert het maximale aantal hops (router-traversals) dat een pakket kan maken voordat het wordt weggegooid. Het eerste pakket bereikt de dichtstbijzijnde router bij de bron en wordt weggegooid omdat de TTL nul bereikt, waardoor de router wordt gevraagd een ICMP Time Exceeded-bericht terug te sturen naar de afzender. Traceroute verzendt vervolgens daaropvolgende pakketten met verhoogde TTL-waarden (2, 3, enz.), waardoor ze opeenvolgende routers langs het pad naar de bestemming kunnen bereiken. Elke router langs het pad verlaagt de TTL en stuurt het pakket door, totdat het uiteindelijk de bestemming bereikt. Door de IP-adressen vast te leggen van routers die reageren met Time Exceeded-berichten, brengt traceroute het volledige netwerkpad in kaart van de bron naar de bestemming, waardoor de volgorde van de routers wordt onthuld.
Traceroute werkt stap voor stap als volgt: Eerst initieert de gebruiker het traceroute-commando met een opgegeven bestemmings-IP-adres of hostnaam. Traceroute begint met het verzenden van een ICMP Echo Request-pakket met een TTL van 1 naar de bestemming. Het pakket reist door het netwerk en bereikt de eerste router. De TTL verloopt bij deze router, waardoor deze het pakket verwijdert en een ICMP Time Exceeded-bericht terugstuurt naar de bron. Traceroute registreert het IP-adres van deze eerste router en verhoogt de TTL-waarde in volgende pakketten. Het verzendt het volgende ICMP Echo Request-pakket met een TTL van 2, waardoor het de tweede router langs het pad kan bereiken. Dit proces gaat door, waarbij traceroute de TTL-waarde voor elk pakket verhoogt totdat het de bestemming bereikt. Door de reeks ontvangen ICMP Time Exceeded-berichten en de bijbehorende IP-adressen te analyseren, construeert traceroute een stapsgewijze weergave van het netwerkpad dat pakketten afleggen van de bron naar de bestemming.
Traceroute vindt een pad naar een bestemming door meerdere ICMP Echo Request-pakketten met toenemende TTL-waarden vanaf de bron te verzenden. Elk pakket reist via de netwerkinfrastructuur naar de bestemming en bereikt onderweg opeenvolgende routers. Wanneer de TTL van een pakket bij een router verloopt, verwijdert de router het pakket en stuurt een ICMP Time Exceeded-bericht terug naar de bron. Traceroute vangt deze berichten op en registreert de IP-adressen van routers langs het pad, waardoor de route effectief wordt gevolgd van de bron naar de bestemming. Door de reeks router-IP-adressen te verzamelen en te analyseren die worden geretourneerd door de ICMP Time Exceeded-berichten, identificeert traceroute het netwerkpad dat door pakketten wordt gevolgd en biedt het een gedetailleerde kaart van de routeringsinfrastructuur tussen de bron- en bestemmingshosts.
Traceroute bepaalt de volgende sprong langs het netwerkpad door de IP-adressen te analyseren die worden geretourneerd in de ICMP Time Exceeded-berichten die van routers worden ontvangen. Wanneer een traceroutepakket een router bereikt en de TTL verloopt, stuurt de router een ICMP Time Exceeded-bericht terug naar de bron met zijn eigen IP-adres. Traceroute gebruikt dit IP-adres om de specifieke router te identificeren die het pakket heeft afgehandeld en fungeerde als de volgende hop naar de bestemming. Door de TTL-waarde te verhogen en daaropvolgende pakketten te verzenden, blijft traceroute opeenvolgende routers langs het pad identificeren totdat de eindbestemming wordt bereikt. Met dit proces kan traceroute een sequentiële lijst van IP-adressen van routers samenstellen, waarbij elke hop wordt weergegeven die door pakketten van de bron naar de bestemming wordt afgelegd, wat waardevolle inzichten oplevert in de netwerkrouteringsinfrastructuur en de connectiviteit tussen hosts.