同步发电机是利用电磁感应原理将机械能转变为电能的。示意图如下：
定子铁芯是固定不动的，定子线圈导体固定嵌在铁芯槽内。磁力线由磁极产生，磁极是绕有线圈的转子，它是转动的。定子和转子是构成发电机的最基本部分。为了获得三相交流电，沿定子铁芯内圆槽，每相隔120о分别嵌放着三相绕组A-X、B-Y、C-Z。转子上嵌有励磁绕组R-L。通过电刷和滑环的滑动接触，将励磁系统产生的直流电引入励磁绕组，产生稳恆的磁场S-N。当转子被原动机（如汽轮机）带动旋转后，定子绕组不断的切割磁力线就感应出电势来。感应电势的方向由右手定则确定。由于导线有时切割N极，有时切割S极，因而感应出的是交流电势。交流电势的频率f=pn/60（Hz）p-磁极对数，n-每分钟转数。当发电机带负荷后，三相定子绕组中的定子电流将合成产生一个旋转磁场。
该旋转磁场与转子同速度同方向旋转，同步发电机由此而得名。同步发电机的冷却方式有空气冷却、氢气冷却、水冷却。电机的发热是由电流和磁滞损耗引起的。电机的容量越大，产生的热量越多。所以，冷却的方法发展过程基本上由空冷→氢冷→水冷，且由外冷→内冷。