直流伺服電動機通常用于功率稍大的系統中，其輸出功率一般為1W～600W。其基本結構和工作原理與普通直流他勵電動機相同，所不同的是它制造得比較細長一些，以便滿足快速響應的要求。其機械特性與他勵直流電動機機械特性相同，即

  由上式可以看出，直流伺服電動機轉速和轉向的控制可以通過改變控制電壓 或改變磁通 來實現。改變控制電壓的方法稱為電樞控制，改變磁通的方法稱為磁場控制。由于電樞控制具有響應迅速、機械特性硬、線性度好的優點，在機電一體化系統中大都采用電樞控制方式。

  直流伺服電動機的機械特性是一組斜率相同的直線簇。每條機械特性和一種電樞電壓相對應，與ω軸的交點是該電樞電壓下的理想空載角速度，與軸的交點則是該電樞電壓下的啟動轉矩。

     直流伺服電動機的調節特性也是一組斜率相同的直線簇。每條調節特性和一種電磁轉矩相對應，與Ua軸的交點是啟動時的電樞電壓。調節特性的斜率為正，說明在一定負載下，電動機轉速隨電樞電壓的增加而增加；而機械特性的斜率為負，說明在電樞電壓不變時，電動機轉速隨負載轉矩增加而降低。