Hamachi is een eigen centraal beheerd VPN-systeem, bestaande uit de servercluster die wordt beheerd door de leverancier van het systeem en de clientsoftware, die wordt geïnstalleerd op eindgebruikersapparaten.De clientsoftware voegt een virtuele netwerkinterface toe aan een computer, en deze wordt gebruikt voor het onderscheppen van uitgaand en het injecteren van inkomend VPN-verkeer. Uitgaand verkeer dat door het besturingssysteem naar deze interface wordt gestuurd, wordt afgeleverd bij de clientsoftware, die het versleutelt en verifieert en het vervolgens via een speciaal geïnitieerde UDP-verbinding naar de VPN-peer van bestemming stuurt. Hamachi kan momenteel IP-verkeer tunnelen, inclusief broadcasts en multicast. De Windows-versie herkent en tunnelt ook IPX-verkeer.
Elke client maakt en onderhoudt een controleverbinding met het servercluster. Wanneer de verbinding tot stand is gebracht, doorloopt de client een aanmeldingsprocedure, gevolgd door het ontdekkingsproces en toestandsynchronisatie. De aanmeldingsstap authentiseert de client bij de server en vice versa. De ontdekkingsstap wordt gebruikt om de topologie van de internetverbinding van de client te bepalen, met name om de aanwezigheid van NAT en firewall-apparaten op zijn route naar het internet te detecteren. De synchronisatiestap synchroniseert het beeld dat de cliënt van zijn particuliere netwerken heeft met andere leden van deze netwerken.
Wanneer een lid van een netwerk online of offline gaat, instrueert de server andere netwerkpeers om tunnels naar eerstgenoemde op te zetten of af te breken. Bij het opzetten van tunnels tussen de peers gebruikt Hamachi een server-assisted NAT traversal techniek, vergelijkbaar met UDP hole punching. Gedetailleerde informatie over hoe dit werkt, is niet openbaar gemaakt. Dit proces werkt niet op bepaalde combinaties van NAT-apparaten, zodat de gebruiker expliciet een port forward moet instellen. Bovendien zijn client-software van de 1.0-serie in staat verkeer door te leiden via door de leverancier onderhouden “relay servers”.
In het geval dat de verbinding met de server onverwacht wordt verbroken, behoudt de client al zijn tunnels en begint actief hun status te controleren. Wanneer de server onverwacht de verbinding met de client verliest, informeert hij de peers van de client hierover en verwacht van hen dat zij ook beginnen met het controleren van de status. Hierdoor zijn Hamachi tunnels bestand tegen voorbijgaande netwerkproblemen op de route tussen de client en de server, evenals tegen korte periodes waarin de server volledig onbeschikbaar is.Sommige Hamachi clients krijgen ook gesloten poorten op andere clients, die niet kunnen worden hersteld door port forwarding.
Hamachi wordt veel gebruikt voor gaming en beheer op afstand. De leverancier biedt gratis basisservice, en extra functies tegen betaling.
In februari 2007 werd door Hamachi-servers een blokkade op IP-niveau ingesteld op delen van de Vietnamese internetruimte vanwege “de omvang van het systeemmisbruik afkomstig van geblokkeerde adressen”. Het bedrijf werkt aan een minder indringende oplossing voor het probleem.