Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) werkt door de overdracht van e-mailberichten tussen servers te vergemakkelijken. Wanneer een e-mail wordt verzonden, brengt de SMTP-client aan de kant van de afzender een verbinding tot stand met de SMTP-server, meestal met behulp van TCP. De client en server communiceren vervolgens via een reeks opdrachten en antwoorden om de e-mail over te dragen. Het proces houdt in dat de klant zichzelf identificeert, de adressen van de afzender en de ontvanger opgeeft en de inhoud van het bericht verzendt. De server stuurt de e-mail vervolgens door naar de e-mailserver van de ontvanger of slaat deze op totdat de ontvanger deze ophaalt.
Het SMTP-protocol werkt via een reeks gedefinieerde fasen: het tot stand brengen van de verbinding, de e-mailtransactie en het beëindigen van de verbinding. In eerste instantie brengt de client een TCP-verbinding met de server tot stand, meestal op poort 25. De client stuurt een HELO- of EHLO-opdracht naar de server, die reageert met een begroeting. De client geeft vervolgens een MAIL FROM-opdracht om het e-mailadres van de afzender op te geven, gevolgd door RCPT TO-opdrachten om de ontvanger(s) op te geven. Nadat de server deze opdrachten heeft bevestigd, verzendt de client een DATA-opdracht om de verzending van de e-mailinhoud te starten. Het bericht wordt verzonden en eindigt met een enkele punt op een nieuwe regel. De server bevestigt de ontvangst van het bericht en de client stuurt een QUIT-commando om de verbinding te verbreken.
SMTP gebruikt doorgaans poort 25 voor communicatie tussen mailservers. Voor gecodeerde verzending via SSL/TLS wordt vaak poort 465 gebruikt. Een andere veelgebruikte poort voor SMTP met STARTTLS-codering is poort 587, die wordt aanbevolen voor het verzenden van e-mail van client naar server om een veilige overdracht te garanderen.
Het Simple Mail Transfer Protocol bevat verschillende opdrachten die worden gebruikt tijdens het e-mailverzendingsproces. Tot de belangrijkste opdrachten behoren HELO of EHLO voor het identificeren van de client bij de server, MAIL FROM om het adres van de afzender op te geven, RCPT TO om het adres van de ontvanger op te geven, DATA om de overdracht van de e-mailinhoud te starten, RSET om de huidige e-mailtransactie te resetten, VRFY om verifieer een e-mailadres, EXPN om een mailinglijst uit te vouwen en QUIT om de sessie te beëindigen. Elke opdracht wordt gevolgd door een serverreactie die het succes of falen van de bewerking aangeeft.