直流測功機由直流電機、測力計和測速發電機組合而成。直流電機的定子由獨立的軸承座支承，它可以在某一角度范疇內自由擺動。機殼上帶有測力臂，它與測力計共同，可以檢測定子所受到的轉矩。根據直流電機原理，電機的電磁轉矩同時施加于定子和轉子。定子所受到的轉矩與轉子所受到的轉矩大小相稱，偏向相反，以是轉軸上的轉矩可以由定子上量測。運行中軸承、電刷和風致摩擦等引起的呆板轉矩，會使定子和轉子所受的轉矩不完全相稱，這給測量所帶來的誤差須要加以思量。 
直流測功機可作為直流發電機運行，作為被測動力呆板的負載，以測量被測呆板的軸上輸出轉矩；也可以作直流發電機運行，拖動其他呆板，以測量其軸上輸入轉矩。轉矩與測速發電機測得的轉速之積即軸功率。這便是 測功機 一名的由來。