Alle roterende elektromotoren, zowel wissel- als gelijkstroommotoren, werken door de wisselwerking van twee magnetische velden. Het ene is stationair en is (gewoonlijk) verbonden met de buitenste behuizing van de motor. Het andere roteert en is verbonden met het draaiende anker van de motor (ook wel de rotor genoemd). De rotatie wordt veroorzaakt door de wisselwerking tussen de twee velden.

In een eenvoudige gelijkstroommotor is er een roterend magnetisch veld waarvan de polariteit elke halve omwenteling wordt omgekeerd door middel van een borstel-commutatorcombinatie. Borstels – in principe geleidende koolstofstaven die bij het draaien tegen de geleiders op de rotor borstelen – dienen ook om de elektrische stroom in het draaiende anker te brengen. De situatie is een beetje anders bij de gelijkstroom-borstelloze motor. Het draaiende veld wordt nog steeds omgekeerd, maar door een commutatie die elektronisch plaatsvindt.

Een inductiemotor heeft de unieke eigenschap dat er geen elektrische verbinding is tussen de stationaire en de draaiende wikkelingen. Op de klemmen van de motor wordt wisselstroom gezet, die de stationaire wikkelingen voedt.

Alle inductiemotoren zijn asynchrone motoren. De naam asynchroon komt voort uit de slip tussen de rotatiesnelheid van het statorveld en de iets lagere snelheid van de rotor.

De meeste moderne inductiemotoren hebben een rotor in de vorm van een eekhoornkooi. De cilindrische eekhoornkooi bestaat uit zware koperen, aluminium of messing staven die in groeven zijn geplaatst en aan beide uiteinden zijn verbonden door geleidende ringen die de staven elektrisch met elkaar verbinden. De massieve kern van de rotor is opgebouwd uit stapels elektrostaallaminaten.

Het is ook mogelijk inductiemotoren te vinden met rotoren die uit wikkelingen bestaan in plaats van uit een eekhoornkooi. Deze worden wound-rotor inductiemotoren genoemd. De bedoeling van deze constructie is om de rotorstroom te verminderen wanneer de motor begint te draaien. Dit wordt in het algemeen bereikt door elke rotorwikkeling in serie met een weerstand te verbinden. De wikkelingen krijgen stroom via een soort sleepringregeling. Zodra de rotor zijn eindsnelheid heeft bereikt, worden de rotorpolen in een kortsluiting geschakeld, waardoor ze elektrisch hetzelfde worden als een eekhoornkooirotor.

Het stationaire deel van de wikkelingen van de inductiemotor (stator) wordt aangesloten op de wisselstroomvoeding. Door een spanning op de stator aan te brengen, vloeit er een wisselstroom in de statorwikkelingen. De stroom induceert een magnetisch veld dat inwerkt op de rotor, waardoor spanning en stroom in de rotorelementen gaan lopen.

Een noordpool in de stator induceert een zuidpool in de rotor. Maar de plaats van de statorpool roteert als de wisselspanning in amplitude en polariteit varieert. De geïnduceerde pool in de rotor probeert de roterende statorpool te volgen. De wet van Faraday zegt echter dat een elektromotorische kracht wordt opgewekt wanneer een lus van draad zich beweegt van een gebied met een lage magnetische veldsterkte naar een gebied met een hoge magnetische veldsterkte, en omgekeerd. Als de rotor de bewegende statorpool precies zou volgen, zou er geen verandering in de magnetische veldsterkte zijn. De rotor loopt dus altijd achter op de rotatie van het statorveld, omdat het rotorveld altijd enigszins achterloopt op het statorveld. Deze achterstand zorgt ervoor dat de rotor draait met een snelheid die iets langzamer is dan die van het statorveld. Het verschil tussen de twee wordt de slip genoemd.

De hoeveelheid slip kan variëren. Zij hangt hoofdzakelijk af van de belasting die de motor aandrijft, maar wordt ook beïnvloed door de weerstand van het rotorcircuit en de sterkte van het veld dat de statorflux induceert. Slip in een motor van ontwerp B varieert van 0,5% tot 5%.

Wanneer de motor stilstaat, zijn de rotor- en statorwikkelingen in feite primaire en secundaire wikkelingen van een transformator. Wanneer AC aanvankelijk op de stator wordt toegepast, beweegt de rotor niet. De in de rotor geïnduceerde spanning heeft dus dezelfde frequentie als die van de stator. Als de rotor begint te draaien, daalt de frequentie van de spanning die erin wordt geïnduceerd, fr. Als f de frequentie is van de statorspanning, dan is de slip, s, het verband tussen beide via fr = sf. Hier wordt s decimaal uitgedrukt.

Omdat een inductiemotor geen borstels, commutator of soortgelijke bewegende delen heeft, is hij minder duur in fabricage en onderhoud dan andere typen motoren.

Neem daarentegen een synchrone motor. Hier draait de rotor met dezelfde snelheid – dat wil zeggen synchroon – als het magnetisch veld van de stator. Net als de inductiemotor heeft ook de synchrone wisselstroommotor een stator en een rotor. De statorwikkelingen zijn ook verbonden met de wisselstroom, zoals bij een inductiemotor. Het magnetisch veld van de stator draait synchroon met de netfrequentie.

De rotorwikkeling in een synchrone motor kan op verschillende manieren stroom ontvangen, maar gewoonlijk niet door inductie (behalve in sommige ontwerpen, alleen om aanloopkoppel te leveren). Het feit dat de rotor synchroon draait met de frequentie van de wisselstroomleiding maakt de synchrone motor nuttig voor het aandrijven van zeer nauwkeurige klokken.

We moeten benadrukken dat de rotor van een synchrone wisselstroommotor synchroon draait met een integraal aantal wisselstroomcycli. Dit is niet hetzelfde als zeggen dat hij draait met een toerental gelijk aan de netfrequentie. Het toerental van de motorrotor, d.w.z. de synchrone snelheid N, is:

N = 120f/P = 60 f/P

Waarbij f de frequentie van de netvoeding in Hz is, P het aantal polen (per fase), en p het paar aantal polen per fase.

Hoe meer polen, des te langzamer de synchrone motor draait. Het is duurder om een langzamere motor te bouwen, bij gelijke paardenkracht. Bij 60 Hz:

• Een tweepolige/fase synchrone wisselstroommotor draait met 3600 omw/min.
• Een vierpolige/fase synchrone wisselstroommotor draait met 1800 omw/min.
• Een synchrone wisselstroommotor met zes polen en zes fasen draait met 1200 omw/min.
• Een synchrone wisselstroommotor met acht polen en acht fasen draait met 900 omw/min.
• Een synchrone wisselstroommotor met tien polen en tien fasen draait met 720 omw/min.
• Een twaalfpolige/fasige synchrone wisselstroommotor draait met 600 omw/min.

Schrone wisselstroommotoren met een laag fractioneel vermogen zijn nuttig wanneer een nauwkeurige timing is vereist. Synchrone ac-motoren met hoog vermogen zijn weliswaar duurder dan draaistroominductiemotoren, maar hebben twee extra kwaliteiten. Ondanks de hogere initiële kosten kunnen zij op lange termijn de moeite waard zijn omdat zij energie-efficiënter zijn dan andere motortypen. Ten tweede kunnen zij, soms gelijktijdig, werken met leidende of eenparige arbeidsfactor, zodat een of meer synchrone wisselstroommotoren kunnen zorgen voor correctie van de arbeidsfactor terwijl zij ook nuttig werk verrichten.

Er zijn verschillende typen synchrone wisselstroommotoren. Zij worden in het algemeen ingedeeld naar hun wijze van opwekking van een magnetisch veld. Afzonderlijk bekrachtigde motoren hebben magnetische polen die door een externe bron worden bekrachtigd. Bij een zelfbekrachtigde (soms ook niet-bekrachtigde en direct bekrachtigde) machine daarentegen worden de magnetische polen door de motor zelf bekrachtigd. Tot de niet-geëxciteerde types behoren reluctantiemotoren, hysteresismotoren en permanente-magneetmotoren. Daarnaast zijn er gelijkstroombekrachtigde motoren.

Niet-bekrachtigde synchrone motoren hebben stalen rotors. Tijdens de werking wordt de rotor gemagnetiseerd met de vereiste magnetische polen op een wijze die analoog is aan die van een inductiemotor. Maar de rotor draait met dezelfde snelheid en synchroon met het roterende magnetische veld van de stator. De reden hiervoor is dat er gleuven in de rotor zitten. De motoren starten als inductiemotoren. Wanneer zij de synchrone snelheid naderen, zorgen de gleuven ervoor dat het synchrone magnetische veld zich vastzet op de rotor. De motor draait dan met synchrone snelheid zolang het vereiste koppel laag is.

In de reluctantiemotor heeft de rotor uitstekende polen die op afzonderlijke tanden lijken. Er zijn minder rotorpolen dan statorpolen, zodat de stator- en rotorpolen niet op één lijn liggen, in welk geval er geen rotatie zou zijn. Reluctantiemotoren zijn niet zelfstartend. Daarom worden vaak speciale wikkelingen (eekhoornkooi wikkelingen genoemd) in de rotor ingebouwd, zodat de reluctantiemotor start als een inductiemotor.

De hysteresismotor maakt gebruik van de brede hystereselus in de kobaltstalen rotor met hoge coërciviteit. Door de hysteresis loopt de fase van de magnetisering in de rotor achter op de fase van het roterende magnetische veld van de stator. Deze vertraging creëert koppel. Bij synchrone snelheid grijpen de rotor- en statorvelden in elkaar om een continue rotatie te produceren. Een voordeel van de hysteresismotor is dat hij zelfstartend is.

Een synchrone ac-magneetmotor heeft permanente magneten die in de rotor zijn ingebouwd. De nieuwste liften worden aangedreven door deze motoren, en een versnellingsbak is niet nodig.

De direct bekrachtigde synchrone motor kan verschillende namen hebben, zoals ECPM (elektronisch gecommuteerde permanente magneet), BLDC (borstelloze dc), of gewoon een borstelloze permanente-magneetmotor. De rotor bevat permanente magneten. De magneten kunnen op het rotoroppervlak worden gemonteerd of in de rotor worden geplaatst (in dat geval wordt de motor een inwendige permanente-magneetmotor genoemd).

Een computer regelt het opeenvolgend schakelen van de stroom op de statorwikkelingen op het juiste moment met behulp van solid-state schakelaars. Er wordt stroom geleverd aan spoelen die zijn gewikkeld op statorvertandingen, en als een saillante pool van de rotor perfect is uitgelijnd met de statorvertanding, wordt er geen koppel geproduceerd. Als de rotortand onder een bepaalde hoek ten opzichte van de statorvertanding staat, kruist ten minste een deel van de magnetische flux de opening onder een hoek die niet loodrecht op de tandoppervlakken staat. Het resultaat is een koppel op de rotor. Het schakelen van de stroom naar de statorwikkelingen op het juiste moment veroorzaakt dus een fluxpatroon dat resulteert in een beweging met de wijzers van de klok mee of tegen de wijzers van de klok in.

Een ander type synchrone motor is de switched reluctance (SR) motor.
De rotor daarvan bestaat uit gestapelde stalen lamellen met een reeks tanden. De tanden zijn magnetisch doorlaatbaar en de gebieden eromheen zijn zwak doorlaatbaar door de gleuven die erin zijn aangebracht.

In tegenstelling tot inductiemotoren zijn er geen rotorstaven en bijgevolg geen koppelopwekkende stroom in de rotor. De afwezigheid van enige vorm van geleider op de SR-rotor betekent dat de totale rotorverliezen aanzienlijk lager zijn dan bij andere motoren met rotoren die geleiders bevatten.

Het door de SR-motor geproduceerde koppel wordt geregeld door de grootte van de stroom in de statorelektromagneten aan te passen. De snelheid wordt dan geregeld door het koppel te moduleren (via de wikkelingsstroom). De techniek is analoog aan de manier waarop de snelheid wordt geregeld via de ankerstroom in een traditionele borstelgelijkstroommotor.

Een SR-motor produceert een koppel dat evenredig is met de hoeveelheid stroom die in zijn wikkelingen wordt gebracht. De koppelproductie wordt niet beïnvloed door de snelheid van de motor. Dit in tegenstelling tot ac-inductiemotoren waar, bij hoge draaisnelheden in het veldverzwakkingsgebied, de rotorstroom steeds meer achterloopt op het roterende veld naarmate het toerental van de motor toeneemt.

Ten slotte is er de synchrone ac-motor met gelijkstroombekrachtiging. Deze vereist een gelijkgerichte voeding om een magnetisch veld op te wekken. Deze motoren worden meestal gebouwd in maten groter dan één pk.