Le terme de machine synchrone regroupe toutes les machines dont la vitesse de rotation de l'arbre de sortie est égale à la vitesse de rotation du champ tournant. Pour obtenir un tel fonctionnement, le champ magnétique rotorique est généré soit par des aimants, soit par un circuit d'excitation. La position du champ magnétique rotorique est alors fixe par rapport au rotor, ce qui impose en fonctionnement normal une vitesse de rotation identique entre le rotor et le champ tournant statorique.
Le rotor, alimenté en courant continu, par un système de contacts glissant (bagues), crée un champ magnétique rotorique qui suit le champ tournant statorique avec un retard angulaire x lié à la charge (plus la charge est important, plus x est grand). Etant donné que le rotor tourne à la même vitesse que le champ tournant, ce moteur ne peut pas être démarré directement sur le réseau 50Hz.
On peut aussi utiliser un convertisseur dont la fréquence augmente progressivement lors de la phase de démarrage (rampe).
On peut aussi démarrer ce moteur en "asynchrone" en utilisant l'enroulement inducteur comme secondaire. Ce moteur peut également être utilisé pour relever le facteur de puissance d'une installation. Dans ce cas, il doit être "surexcité". Il fournit alors de la puissance réactive au réseau.