單相步進電機是在一個線圈骨架上纏繞環形線圈，給它通以正負交變的電流，每切換一次電流就按固定方向走一步。由于轉子磁路所通過的磁導（磁阻的倒數，表示磁通流過的容易程度）變大為其轉動方向，故單相步進電機只能按一個方向運動。為使轉動方向確定，磁導采取了多種措施，例如使定子磁極寬于轉子,定子與轉子之間的工作氣隙不均勻，轉動方向為磁阻小的方向。下圖為單相步進電機的轉動原理。

圖(a)定子繞組通正電流，定子磁極產生N和S極，轉子的N和S極被定子磁極吸引，停在圖示位置。當定子電流由正變負時，在切換過程中，電流接近于零，定子對轉子的吸引力接近零，此時轉子磁通產生的轉矩為主，如圖(b)所示，轉子的磁通要走氣隙最小的路徑，故轉子在磁通力矩的作用下，沿箭頭方向運動到轉子磁極軸線（N和S極的中心線）正對氣隙最小處停止。當定子繞組為負電流時，如圖(c)所示，定子磁極的極性反轉，轉子磁極受到定子N和S極的斥力和引力作用，沿箭頭方向運動，直到定轉子磁極軸線重合時轉子停止運動。加在繞組上的電流再次變換方向由負變正時，電流過零變正，則轉子經過圖(d)向圖(a)移動，步距角為180°。上述動作反復進行，電機轉子就能繼續轉動。
從以上單相步進電機的運行原理看出，單相步進電機的電磁轉矩只在定子電流變換時產生，故其平均轉矩比兩相以上的電機要小得多，響應脈沖頻率也在100pps以下，故其用途受到很大限制，只能在響應脈沖頻率比較低的輕載下運行。例如時鐘、車用計時器（發動機計時器）、水表計數器等。
下圖為另一種單相步進電機結構的照片，最左邊為電機整機，其次為電機線圈，再次為定子鐵心，最后是永磁轉子。

此種單相步進電機原理如上圖中所示，氣隙磁導發生變化，與只是磁導變化的結構不同，旋轉方向依然是由不對稱的定子磁極決定的。此定子為一個中間開直角三角形孔的磁極板，其斜線部分的磁導最大。轉子磁極正對斜面時磁導最大，其為轉子轉動方向，其運行原理與上面的原理圖是相同。
轉子為圓柱形永磁磁極，極數為4極，將Nr=2，P=1帶入式θs=180°/PNr，故步距角為θs=90°。
定子為一個圓形線圈，用正/負電流驅動。定子磁極通過氣隙與轉子產生相同的極數（4極）。其結構簡單，一個有三角形孔的磁極，可近似看成4極。此電機用于水表的流量計等。
下圖是另外一種單相步進電機的外觀照片。此單相步進電機由照片看出，定子磁極的前端朝同一方向傾斜，從而改變轉子磁路的磁導，使轉子能沿一個方向旋轉，其功能與上圖（單相步進電機外觀與結構）的定子相同。

此種單相步進電機轉子為永磁磁極，其圓周上有N和S極共30個，定子為單相，總磁極數為30,用氣隙作轉子導向。繞于一個線圈架上的環形線圈經過正負電流，由式θs=180°/PNr得步距角θs=12°(Nr=15，P=1)，并按一個方向運動。其響應速度因為單相繞組的關系，只有幾十pps。此種電機實際用于建筑機械的時針等。
以上所述的單相步進電機的旋轉方向由磁導的偏差大小決定。其他還有將定子磁極分極、嵌入銅質的短路線圈等，在本學習課程中就不再詳述了。