直流伺服电动机通常用于功率稍大的系统中，其输出功率一般为1w～600w。其基本结构和工作原理与普通直流他励电动机相同，所不同的是它制造得比较细长一些，以便满足快速响应的要求。其机械特性与他励直流电动机机械特性相同，即
由上式可以看出，直流伺服电动机转速和转向的控制可以通过改变控制电压 或改变磁通 来实现。改变控制电压的方法称为电枢控制，改变磁通的方法称为磁场控制。由于电枢控制具有响应迅速、机械特性硬、线性度好的优点，在机电一体化系统中大都采用电枢控制方式。
直流伺服电动机的机械特性是一组斜率相同的直线簇。每条机械特性和一种电枢电压相对应，与ω轴的交点是该电枢电压下的理想空载角速度，与轴的交点则是该电枢电压下的启动转矩。
直流伺服电动机的调节特性也是一组斜率相同的直线簇。每条调节特性和一种电磁转矩相对应，与ua轴的交点是启动时的电枢电压。调节特性的斜率为正，说明在一定负载下，电动机转速随电枢电压的增加而增加；而机械特性的斜率为负，说明在电枢电压不变时，电动机转速随负载转矩增加而降低。