當兩個環形勵磁線圈通直流電時，電機氣隙的整個圓周上將產生單一極性的磁場。當轉軸帶動圓筒形銅質電樞旋轉時，樞軸向兩端即感生電動勢，其方向是固定不變的。此電動勢由電刷從電樞兩端引出。電刷的作用只是引出電流，無換向問題。
由于電樞是一個銅環，無需絕緣，它發熱小，耐高熱；加上這種電機結構簡單、維護容易和可靠性高等優點，在冶煉及電化學行業中獲得廣泛應用。單極直流電機電壓低，電流大。電壓只有幾伏或十幾伏，而電流可達幾百安，幾千安，甚至上萬安。因此電刷的接觸損耗和發熱相當大，磨損也快。實用上應盡可能加多并聯電刷的數目,采用接觸電壓降小的銅-石墨電刷，或用導電和導熱更好的液態金屬，如水銀或鈉鉀合金等做電刷。要提高單極直流電機電壓，就必須提高氣隙磁通密度和轉速。轉速受旋轉體機械強度的限制，氣隙磁通密度則受鐵磁飽和限制，都不能過高。如采用超導技術則可使單機功率比普通電機提高十幾倍以上。
當原電機驅動電樞繞組在主磁極N、S之間旋轉時，電樞繞組上感生出電動勢，經電刷、換向器裝置整流為直流后，引向外部負載（或電網），對外供電，此時電機作直流發電機運行。如用外部直流電源，經電刷換向器裝置將直流電流引向電樞繞組，則此電流與主磁極N.S.產生的磁場互相作用，產生轉矩，驅動轉子與連接于其上的機械負載工作，此時電機作直流電動機運行。