電機是目前應用最為廣泛的能量轉換設備，能夠將其它形式的能量轉換為電能，也能夠將電能轉換為機械能，在工業製造和民用電器領域，電機都是不可缺少的重要設備。
自從400年前，法拉第發明了第一台使用電流驅動的機械設備開始，電機就成為工業發明創造的寵兒，安迪生和特斯拉分別在直流和交流領域做出了突出貢獻，推動了電能的採集和應用。
經過幾代工程師的辛勤努力，電機已經發展出三大系列，即直流電機、交流異步電機和交流同步電機。從這三大類出發，又衍生出伺服電機、測速電機等專門用於精細控制的設備，為工業控制發展提供了可行性保障。
直流電機作為電機的雛形，利用通電導體在磁場中產生力的作用原理進行能量轉換，當通電導體置於磁場當中，導體就會受到力的作用而產生力矩發生位移，其運動方向可以通過左手定則進行判斷。
如果將導體製成閉合迴路置於磁場中，並且適時改變導體內電流方向，那麼這個導體環就會在磁場中旋轉起來。直流電機的整流子就是實現電流變向的部件。
直流電機的能量轉換具有可逆性，當導體在磁場中垂直於磁力線運動時，會在導體兩端產生感應電動勢，感應電動勢的方向可以由右手定則進行判斷。
當導體形成閉合迴路時，就會在導體中產生感應電流，這就是直流發電機的基本原理。
一台直流電機在擁有勵磁的情況下，可以從發電機向電動機進行轉換。吸收電能便會產生轉矩成為電動機，將電能轉換為機械能輸出，而被動旋轉便會產生電流成為發電機，將機械能轉換為電能輸出。直流電機的這一特性也讓它在很長一段歷史內主導了能源和應用領域。
儘管直流電機有著控制方便，調速平滑，調速範圍大的優點，但是其構造複雜，成本高，故障率高，控制設備複雜等缺點也非常明顯，因此交流異步電機逐漸開始取代直流電機成為主流。
交流異步電機通過在三相對稱繞組中通入三相對稱電流產生旋轉磁場，旋轉磁場切割轉子導體，在轉子導體中產生感應電流，這個感應電流與旋轉磁場相互作用產生轉矩讓電機旋轉起來。
從交流異步電機的原理中可以看出，交流異步電機的原理與直流電機相同，如果將直流電機的勵磁旋轉起來，那麼不需要在直流電機的電樞繞組中通入電流就能夠讓它旋轉起來，這就是交流電機的運行原理。
由於交流異步電機的轉子電流靠切割旋轉磁場感應而來，所以也被稱為交流感應電機，同時也註定了其轉子與定子旋轉磁場的速度不能夠同步，如果同步就無法切割磁場，那麼就會失去感應電流，進而失去轉矩，這也是被稱為異步電機的原因。
直流電機與交流異步電機的運行原理完全相同，那麼交流同步電機的原理是否也是如此呢？交流同步電機是個例外，其原理與上兩種電機完全不同。
交流同步電機的定子繞組與交流異步電機基本相同，採用三相對稱繞組通入三相對稱交流電產生旋轉磁場。
但是其轉子中卻需要額外通入直流，在轉子中產生固定磁場，這時定子的旋轉磁場吸引轉子的固定磁場產生轉矩，讓電機旋轉起來，所以交流同步電機依靠的是磁場力的相互吸引旋轉起來的，也因此才能夠達到同步的轉速。
三大電機類型是無數前輩工程師智慧的結晶，後期發明的各種電機基本都依據這三類模型開發而來，迄今為止依然統治著能源、製造領域。
在微觀世界已經開發出第四類電機模型，那就是由16顆原子組成的納米電機，這類電機目前仍處於研發階段，但是前景十分廣闊，必然會深刻影響未來的科技發展。