Conforme dispõe a Constituição Federal:
Dessa forma, a renovação do Senado ocorre de forma alternada a cada quatro anos, por meio de eleições que se dividem entre duas configurações: em uma eleição, cada estado e o Distrito Federal elegem um senador (renovação de 1/3 do Senado); na eleição seguinte, elegem dois senadores (renovação de 2/3 do Senado). Isso garante continuidade institucional e estabilidade na composição da Casa, permitindo o equilíbrio entre a segurança jurídica dos Estados e o princípio da rotatividade eleitoral. Independentemente desse sistema, cada Senador terá garantido o mandato de oito anos.
Esse sistema é conhecido como renovação alternada por frações e visa assegurar estabilidade institucional e continuidade legislativa, uma vez que, a cada eleição, uma parte dos senadores permanece no cargo, o que preserva a experiência e a memória institucional da Casa. Além disso, impede mudanças bruscas ou totais na composição do Senado, mantendo certo equilíbrio político.
É importante destacar que o processo eleitoral é sempre majoritário, ou seja, são eleitos os candidatos mais votados, sem necessidade de alcançar percentual mínimo de votos, diferentemente do sistema proporcional adotado para a Câmara dos Deputados. Quando há apenas uma vaga em disputa (renovação de 1/3), vence o mais votado; quando há duas (renovação de 2/3), vencem os dois mais votados.