Synchronní motor je motor, jehož rotor se běžně otáčí stejnou rychlostí jako točivé pole ve stroji. Stator je podobně jako u indukčního stroje tvořen válcovým železným rámem s vinutím, obvykle třífázovým, umístěným v drážkách po vnitřním obvodu. Rozdíl je v rotoru, který obvykle obsahuje izolované vinutí připojené přes kluzné kroužky nebo jiným způsobem ke zdroji stejnosměrného proudu (viz obrázek).

Princip činnosti synchronního motoru lze pochopit, uvažujeme-li statorové vinutí připojené k třífázovému zdroji střídavého proudu. Působením statorového proudu se vytvoří magnetické pole otáčející se rychlostí 120 f/p otáček za minutu pro frekvenci f hertzů a pro p pólů. Stejnosměrný proud v p-pólovém vinutí na rotoru rovněž vytvoří magnetické pole otáčející se rychlostí rotoru. Pokud se otáčky rotoru vyrovnají otáčkám statorového pole a neexistuje žádný zatěžovací moment, budou mít tato dvě magnetická pole tendenci se vzájemně vyrovnávat. Při mechanickém zatížení se rotor posunuje o několik stupňů zpět vzhledem k točivému poli statoru, vyvíjí točivý moment a je nadále přitahován tímto točivým polem. Úhel mezi poli se zvětšuje s rostoucím zatěžovacím momentem. Maximální dostupný točivý moment je dosažen, když úhel, o který rotorové pole zaostává za polem statoru, je 90°. Při použití většího zatěžovacího momentu se motor zastaví.

Jednou z výhod synchronního motoru je, že magnetické pole stroje může být vytvářeno stejnosměrným proudem v polním vinutí, takže statorové vinutí musí dodávat pouze výkonovou složku proudu ve fázi s přiloženým statorovým napětím – tj. motor může pracovat s jednotným účiníkem. Tento stav minimalizuje ztráty a zahřívání statorového vinutí.

Činitel výkonu elektrického příkonu statoru lze přímo řídit nastavením proudu pole. Pokud se proud pole zvýší nad hodnotu potřebnou k zajištění magnetického pole, změní se statorový proud tak, aby obsahoval složku kompenzující toto přemagnetování. Výsledkem bude celkový statorový proud, který vede statorové napětí ve fázi, a dodává tak do napájecí soustavy jalové voltampéry potřebné k magnetizaci dalších přístrojů připojených k soustavě, jako jsou transformátory a indukční motory. Provoz velkého synchronního motoru s takovým vedoucím účiníkem může být účinným způsobem, jak zlepšit celkový účiník elektrických zátěží ve výrobním závodě a vyhnout se tak dodatečným sazbám za dodávku elektrické energie, které by jinak mohly být účtovány za zátěže s nízkým účiníkem.

Třífázové synchronní motory nacházejí své hlavní uplatnění v průmyslových situacích, kde je velká, přiměřeně stálá mechanická zátěž, obvykle přesahující 300 kilowattů, a kde má schopnost pracovat s vedoucím účiníkem význam. Pod touto úrovní výkonu jsou synchronní stroje obecně dražší než indukční stroje.

Proud v poli může být dodáván z externě řízeného usměrňovače přes kluzné kroužky, nebo jej u větších motorů může dodávat usměrňovač namontovaný na hřídeli s rotujícím transformátorem nebo generátorem.

Synchronní motor pouze s vinutím pole nesoucím stejnosměrný proud by nebyl samočinně spouštěný. Při jakýchkoli jiných otáčkách než synchronních by jeho rotor vykazoval kmitavý moment nulové střední hodnoty, protože točivé magnetické pole opakovaně prochází pomaleji se pohybujícím rotorem. Obvykle se k rotoru přidává vinutí nakrátko podobné vinutí indukčního stroje, které zajišťuje rozběhový moment. Motor se spustí buď s plným, nebo sníženým statorovým napětím a uvede se do přibližně 95 % synchronních otáček, obvykle s vinutím pole nakrátko, aby bylo chráněno před nadměrným indukovaným napětím. Poté se připojí proud pole a rotor se vtáhne do synchronismu s otáčejícím se polem.

Toto přídavné vinutí rotoru se obvykle označuje jako tlumicí vinutí, protože má další vlastnost tlumit případné kmitání, které by mohlo být způsobeno náhlými změnami zatížení rotoru při synchronismu. Přizpůsobení změnám zatížení zahrnuje změny úhlu, o který rotorové pole zaostává za statorovým polem, a zahrnuje tedy krátkodobé změny okamžitých otáček. Ty způsobují indukci proudů v tlumivém vinutí, čímž vzniká točivý moment, který působí proti změně otáček.

Ochrana synchronních motorů je podobná ochraně používané u velkých indukčních motorů. Teplota může být snímána jak ve statorovém, tak v polním vinutí a může být použita k vypnutí elektrického napájení. Při spouštění dochází ke značnému zahřívání vinutí rotoru a tlumiče a často se instaluje časovač, který zabraňuje opakovanému spouštění v omezeném časovém intervalu

.