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。