步進電機可視為多極同步電機。同步電機的定子產(chǎn)生的磁場吸引轉(zhuǎn)子磁極，使轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場同步旋轉(zhuǎn)。如施加負載，轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場將保持某角度偏差，使轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生與負載平衡的電磁轉(zhuǎn)矩，此偏差角度稱為功率角。
如下圖所示，定子位于氣隙外側(cè)，轉(zhuǎn)子位于氣隙內(nèi)側(cè)，定子與轉(zhuǎn)子皆為永久磁鐵。外側(cè)的定子以心速度逆時針旋轉(zhuǎn)，代表旋轉(zhuǎn)磁場。此時，如施加負載轉(zhuǎn)矩tl，只使轉(zhuǎn)子磁極軸線與定子磁極軸線偏差功率角心δ，轉(zhuǎn)子仍與定子磁場以同步轉(zhuǎn)速n0旋轉(zhuǎn)。
因為轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩t1與負載角成正弦關(guān)系變化，最大轉(zhuǎn)矩為tm1，則表達式為：
t1=tm1sinδ
故負載轉(zhuǎn)矩tl與δ平衡。下圖的縱軸表示轉(zhuǎn)矩t1，橫軸表示負載角，δ=π/2位移角時，產(chǎn)生最大電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩大于最大電磁轉(zhuǎn)矩時，δ＞π/2，定子磁場將無法帶著轉(zhuǎn)子以同步速度旋轉(zhuǎn)，此現(xiàn)象稱為失步現(xiàn)象。實際步進電機的定子不是如前圖所示的永久磁鐵旋轉(zhuǎn)，所謂兩相電機，是指空間相差π/2的兩個線圈，通過相差π/2相位差的交流電流后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。