實現機械能和直流電能相互轉換的電機。直流電動機將電能轉換為機械能，直流發電機將機械能轉換為電能。按其結構可分為帶機械換向器式和無機械換向器式兩種，前者一直應用最廣，隨著電力電子技術的發展，後者的應用現也得到瞭較大的發展。
帶機械換向器式直流電機 結構 有定、轉子兩部分，其間有一定的氣隙。轉子上有一個帶換向器的電樞。①定子。由機座、主磁極、換向磁極、軸承支座和刷架等部分組成。主磁極產生直流電機的磁場，由永磁體或帶直流勵磁繞組的疊片鐵芯構成。磁通所經各部件均由導磁材料制成。磁極一般由電工鋼板制造。機座(磁軛)由鑄鋼或鋼板彎成。②轉子。由電樞、換向器(又稱整流子)和轉軸等部件構成。電樞由電樞鐵芯和電樞繞組兩部分構成。電樞鐵芯由矽鋼片疊成，在其外圓周處有齒、槽。電樞繞組由嵌於槽中的繞組元件按一定的連接規律構成，每個元件的首、尾端均按一定的規律焊於不同的換向片上(見圖)。電樞繞組的電流由安置在換向器表面並與其滑動接觸的電刷引出。換向器是一種機械整流器件。由相互絕緣的換向片組成圓筒形。換向器的制造質量對直流電機的運行可靠性有很大的影響。
直流電機換向原理示意圖A、B為靜止時的電刷，a、b、c、d為回路
工作原理 直流電機磁極勵磁後，轉子轉動時會在其電樞繞組中產生交流電勢，此電勢通過換向器整流成直流電勢E(與轉速n及磁通Φ成正比)後經電刷引入外電路，當電勢E大於直流電機的端電壓U時，電機運行於發電機狀態，將驅動原動機輸入的機械能轉換為電能輸出；當電勢E小於U時，電機運行於電動機狀態，將輸入的電能轉換為機械能自轉軸輸出。
勵磁方式 按勵磁電源可分他勵和自勵兩種，他勵的勵磁電流由獨立的電源供給，自勵的勵磁電流則取自本機的端電壓，因而自勵具有較他勵軟的特性。按勵磁繞組與電樞繞組的連接可分並激、串激和復激三種。並激電機特性硬，串激電機的特性軟，復激則視情況可在前二者特性之間組合。
工作方式 帶機械換向器式直流電機工作時，其電樞繞組元件不斷從一個電路支路轉換到另一個支路，轉換過程中元件中的電流逐漸改變方向，由於元件具有電感，換向過程中將產生感應電勢，使電刷產生火花，火花過大時將使電機不能正常工作，這是限制直流電機單機容量不能太大的主要原因，容量最大的直流電機不過上萬千瓦，遠遜於交流電機的單機最大容量。
由於直流電機的換向火花，以及換向器是直流電機的薄弱環節，直流發電機已逐漸為交流發電機帶整流器裝置所替代。直流電動機雖具有良好的調速性能，常用於軋鋼等對調速性能要求較高的場合，也有被交流調速電動機取代的趨勢。
無機械換向器式直流電機 機械結構基本與多繞組的同步電機相同，轉子上為永久磁鐵（無電刷電機）或電勵磁磁鐵（有電刷），定子上有在空間上均佈的多個電樞繞組，各繞組分別通過電力電子開關與外部直流電路相連接，當轉子轉到不同的位置時，由該位置控制的電力電子開關分別通斷一定的繞組元件，使與轉子磁鐵作用產生單方向的轉矩。用在小容量驅動裝置中（如計算機）的有時也稱為電子換向器電機或無刷直流電機，具有無維護工作期長的優點。隨著大型電力電子元件技術的發展，上萬千瓦此種裝置也得到較多的應用，但習慣上一般隻稱為它們是帶某特種整流裝置的同步電機，不再稱它們為直流電機。