Voltage-controlled oscillator (VCO) menggunakan tegangan input untuk menentukan frekuensi osilasinya. Ini dapat mencakup input arus searah (DC) dengan tegangan tetap untuk menghasilkan osilasi dengan frekuensi tetap. Osilator yang dikendalikan tegangan juga dapat menerima tegangan yang berubah untuk menghasilkan osilasi dengan frekuensi termodulasi. Beberapa osilator jenis ini memiliki keluaran pulsa digital yang dapat menghasilkan pulsa dengan lebar termodulasi. Sebuah VCO dapat diklasifikasikan sebagai osilator harmonik atau osilator relaksasi, tergantung pada jenis bentuk gelombang yang dihasilkannya.
Osilator harmonik menghasilkan bentuk gelombang dengan bentuk sinusoidal. Jenis osilator yang dikontrol tegangan ini harus menyertakan penguat untuk memberi sinyal kembali ke sumber tegangan input, yang menciptakan frekuensi resonansi yang menghasilkan penguatan positif di sekitar loop umpan balik dan menciptakan bentuk gelombang sinusoidal. Sebuah osilator harmonik mungkin juga termasuk dioda varactor yang menyediakan bagian dari kapasitansi untuk rangkaian resonansi. Frekuensi osilasi kemudian dapat divariasikan sesuai dengan input tegangan dioda.
Sebuah osilator relaksasi menghasilkan bentuk gelombang dengan bentuk segitiga. Jenis osilator yang dikendalikan tegangan ini berisi tiga subtipe, termasuk osilator berpasangan emitor, osilator kapasitor yang dibumikan, dan osilator cincin berbasis penundaan. Jumlah waktu yang diperlukan untuk mengisi kapasitor menentukan frekuensi osilasi untuk osilator berpasangan emitor dan osilator kapasitor yang diarde. Frekuensi osilasi dari osilator berpasangan tunda bergantung pada jumlah waktu yang dibutuhkan osilator untuk mencapai setiap kenaikan penguatan.
Osilator yang dikontrol tegangan harmonik memiliki stabilitas frekuensi yang lebih besar daripada VCO relaksasi atas perubahan kebisingan, catu daya, dan suhu. Kontrol frekuensi juga lebih baik dalam VCO harmonik, karena jenis ini menggunakan rangkaian terpisah untuk mengontrol frekuensi. Keuntungan utama dari VCO relaksasi adalah kemampuannya untuk disetel pada rentang frekuensi yang lebih luas daripada jenis harmonik. VCO relaksasi juga lebih cocok untuk digunakan dalam sirkuit terpadu.
Osilator yang dikontrol tegangan sering menggunakan kapasitor yang dikontrol tegangan untuk mengontrol frekuensi output. Kapasitor jenis ini mengandung dioda semikonduktor dengan kapasitansi yang bergantung pada tegangannya. Frekuensi keluaran osilator kemudian dapat dikontrol dengan memodifikasi tegangan masukan dioda. Kapasitor yang dikontrol tegangan adalah metode yang mudah untuk mengontrol frekuensi output dari VCO frekuensi tinggi karena kapasitor yang dikontrol tegangan sudah tersedia dalam berbagai kapasitansi. VCO frekuensi rendah biasanya menggunakan sumber arus listrik yang dikendalikan tegangan untuk memvariasikan frekuensi output.