同步电机有三种主要运行模式，即发电机、电动机和补偿器，发电机运行是同步电动机的主要运行模式。小型同步电动机已广泛应用于变频调速系统中，同步电动机也可以作为同步补偿器连接到电网。此时，电机不承载任何机械负载，通过调节转子中的励磁电流，现代发电厂的交流电机主要是同步电机。
电动机运行是同步电动机的另重要运行模式。同步电动机的功率因数可以调节。在不需要调速的情况下，采用大型同步电动机可以提高运行效率。
同步电机是常见的交流电机，类似于感应电机。其特点是：在稳态运行期间，转子转速与电网频率之间存在恒定关系。
如果电网的频率保持不变，同步电机在稳态下的速度是恒定的，与负载大小无关。同步电动机分为同步发电机和同步电动机。励磁绕组与直流励磁电流相连，建立具有相间极性的励磁磁场，即主磁场建立。
三相对称电枢绕组充当电源绕组，并成为感应电势或感应电流的载体。原动机驱动转子旋转，并按顺序切割定子的每相绕组。
由于电枢绕组和主绕组之间的相对切割运动在磁场作用下，电枢绕组会产生三相对称交流电势，其大小和方向会定期变化。通过出线可以提供交流电源。由于电枢绕组的对称性，感应电势的三相对称性得以保证。