O gerador síncrono opera de forma análoga ao motor síncrono, diferenciando-se deste pelo fato de que, no gerador, uma fonte de energia mecânica é utilizada para produzir um campo magnético no estator.

Para tornar a excitação de um gerador completamente independente de qualquer fonte de potência externa, uma pequena excitatriz piloto é frequentemente incluída no sistema, a qual é constituída por um pequeno gerador CA com eletroímãs adicionais montados no eixo do rotor e um enrolamento trifásico no estator. 

A frequência elétrica desenvolvida por um gerador síncrono, assim como em sua contraparte (o motor), é diretamente proporcional à velocidade angular do campo magnético girante e inversamente proporcional ao número de polos da máquina.

No gerador síncrono, a reação de armadura, embora menos significativa que os efeitos da autoindutância e da resistência das bobinas de armadura, contribui para o fato de que a tensão interna gerada seja diferente da tensão efetivamente desenvolvida nos terminais do gerador.

Em geradores e em motores de maior porte, excitatrizes sem escovas, compostas por pequenos geradores CA com os circuitos de campo montados no estator e circuitos de armadura montados no eixo do rotor, são usadas para fornecer a corrente CC de campo para a máquina.