NTP menjaga agar jam di berbagai sistem komputer tetap sinkron meskipun ada penundaan dan variabilitas jaringan. Protokol ini bekerja dengan cara mengukur waktu pengiriman dan penerimaan paket antara klien dan server NTP, kemudian menghitung delay (penundaan jaringan) dan offset (perbedaan waktu antara jam sistem klien dan server).
Proses dimulai saat klien NTP mengirimkan permintaan waktu ke server. Permintaan ini tercatat pada waktu T1 (saat keluar dari klien) dan diterima oleh server pada T2. Server kemudian membalas dengan respons waktu yang dikirim pada T3 dan diterima kembali oleh klien pada T4. Berdasarkan keempat timestamp ini, klien menghitung dua hal penting:
Penundaan Jaringan (D) dihitung dengan rumus:
D = (T4 - T1) - (T3 - T2)
Ini merepresentasikan waktu tempuh bolak-balik dikurangi waktu pemrosesan di server.Selisih Waktu (θ) atau clock offset dihitung dengan rumus:
θ = [(T2 - T1) + (T3 - T4)] / 2
Ini menunjukkan seberapa jauh jam klien tertinggal atau lebih cepat dibanding server.
Jika nilai clock offset cukup besar, klien NTP akan melakukan koreksi langsung dengan menyetel ulang jam sistem. Namun jika offset kecil (kurang dari 128 milidetik), maka penyesuaian dilakukan secara bertahap, dengan mempercepat atau memperlambat jam hingga sinkron.
Selain itu, kualitas jaringan juga diperiksa. Jika penundaan jaringan terlalu besar dan tidak stabil, klien dapat mengabaikan data dari server atau mengurangi pengaruhnya dalam proses sinkronisasi untuk menghindari koreksi waktu yang tidak akurat.
Dengan pendekatan ini, NTP memungkinkan sinkronisasi waktu yang akurat dan stabil di seluruh jaringan komputer, bahkan dalam kondisi jaringan yang fluktuatif.