方向性过电流保护由故障方向检测元件和过电流检測元件等组成。故障方向检测元件也称为故障方向继电器，通常它是通过检测故障功率的方向来反映故障方向的，所以也称为功率方向继电器。当检测到的故障功率方向与设定的方向一致时，故障方向检测元件给出逻辑值为“1”的动作信号，而在系统没有故障或检测到的故障功率与设夫定的功率方向不一致时，故障方向检测元件输的逻辑值为“0”。过电流检測元件就是过电流继电器，当输入电流超过其整定值时给出逻辑值为“1”的动作信号，当输入电流小于其返回值时，返回到逻辑“0”态。故障方向检测元件与过电流检测元件的输出结果相“与”，作为方向性过电流保护的输出。所以只有在故障方向与设定的方向一致，且故障电流超出过电流检测元件的定值时，方向性过电流保护才会动作，经过预定的延时后动作于跳闸。方向性过电流保护通常配置为阶段式，最常用的是三段式。

在三段式方向性过电流保护中，可以是每一段的过电流检测元件都与检测故障电流方向的故障方向元件相配合，构成三段式方向性过电流保护，也可以是仅某一段或两段的过电流检测元件与故障方向元件相配合，仅将相应的段变为方向性过电流保护，其余段不与方向元件相配合，仍然是仅反映故障电流的大小，不反映故障电流的方向。无论与哪几段配合，每相只配置一个故障方向检测元件，检測到的故障方向与事先确定的方向一致时，开放所有与之配合的各段过电流检测元件；检测到的故障方向与事先确定的方向不一致时，则闭锁所有与之配合的各段过电流检测元件。