Uma chave mestra opera um conjunto de várias fechaduras. Normalmente, não há nada de especial na chave em si, mas sim as fechaduras em que ela vai encaixar. Estas fechaduras com chave mestra são configuradas para operar com duas, ou mais, chaves diferentes: uma específica para cada fechadura (a chave de alteração), que não pode operar nenhuma das outras no conjunto, e a chave mestra, que opera todas as fechaduras do conjunto. As fechaduras que possuem chaves-mestre possuem um segundo conjunto do mecanismo utilizado para operá-las que é idêntico a todas as outras do conjunto de fechaduras. Por exemplo, as fechaduras com chave principal de pino têm frequentemente dois pontos de corte em cada posição do pino, um para a chave de modificação e outro para a chave principal. Um sistema muito mais seguro (e mais caro) tem dois cilindros em cada fechadura, um para a chave de alteração e outro para a chave mestra.
Sistemas de fechadura com chave mestra geralmente reduzem a segurança geral. O facto de algumas câmaras de pinos terem dois pontos de corte permite mais opções na recolha e também permite o funcionamento de mais chaves. Por exemplo, um cilindro padrão de 6 pinos, que foi projetado para ser operado por apenas uma chave, pode ser operado por até 26 = 64 chaves se houver dois pontos de corte em cada câmara.
As organizações maiores, com sistemas mais complexos, podem ter vários níveis de chaves mestras, onde a chave de nível superior funciona em todas as fechaduras do sistema. Para visualizar isto, pode ser pensado como um gráfico hierárquico, ou uma árvore.
Existe um ataque prático para criar uma chave mestra funcional para todo um sistema dado apenas o acesso a uma única fechadura com chave mestra, a sua chave de alteração associada, um fornecimento de espaços em branco apropriados, e a capacidade de cortar novas chaves.
Os bloqueadores também podem determinar cortes para uma chave mestra de substituição, quando dados vários exemplos diferentes de chaves de um dado sistema.