Il funzionamento di Google AdSense è estremamente semplice, molto simile alla maggior parte dei sistemi di advertising.
Il publisher inserisce nel proprio sito un codice JavaScript che identifica uno specifico annuncio. Il codice definisce le proprietà e la formattazione dell'annuncio: dimensione, colore, sfondo, bordi, carattere e quant'altro necessario per integrare al meglio la pubblicità nel layout della pagina.
Grazie ad un sistema di analisi personalizzato, Google legge il contenuto della pagina Web che ospita l'annuncio, identifica il tema principale e restituisce, in tempo reale, gli annunci più pertinenti tra quelli a disposizione che corrispondono ai criteri individuati.
Oltre ai testi della pagina, altri fattori influenzano il tipo, il numero ed il contenuto delle pubblicità mostrate. Google tiene in considerazione anche la nazione di provenienza dell'utente, eventuali altri annunci già presenti nella pagina e altre informazioni disponibili per mostrare pubblicità in target e che soddisfi gli interessi del navigatore, invogliandolo dunque a generare un click.
Google AdSense utilizza gli annunci pubblicitari creati dagli inserzionisti attraverso un altro prodotto di Google: Google AdWords.
In fase di creazione della campagna pubblicitaria si può scegliere se rendere disponibile il proprio annuncio anche attraverso il circuito "content", ovvero consentire l'esposizione in siti Internet iscritti a Google AdSense oltre alle pagine dei risultati di una ricerca.