当被测动力机械的输出轴与直流电力测功机的转子连接在一起旋转时，电枢绕组切割定子绕组磁场的磁力线，在电枢绕组中产生感应电动势，即产生一个与旋转方向相反的制动转矩，此时，电机作发电机运行，以实现作为负荷进行测功的目的。相反，当电枢回路有电流通过时，在磁场中会受到电磁力的作用而产生一个与旋转方向相同的驱动力矩，这时电机作电动机运行，用来拖动动力机械转动。

无论作为发电机运行用于测功，还是作为电动机用于拖动，定子通过磁场受到转子转矩作用时，还受到一个与之大小相等、方向相反的反力矩的作用，此力矩可由测力机构测出。由于测功机的摆动方向随测功机使用情况和转子的旋转方向而变化，而作用于测力机构的作用力只允许朝一个方向作用，故其力臂与测力机构之间一般是通过四连杆机构连接。广泛采用环形的拉压力传感器作为测力机构，这种测力机构可直接与测功机的力臂连接。

直流电力测功机的控制方式有负荷电阻控制方式和自动馈网控制方式两类，直流电力测功机的特性与控制方式有关，要根据动力机械的实验目的和试验方法以及电源和经济方面的多种因素综合考虑，选定测功机的控制方式。