発電機の発生電圧は、回転数と磁界の強さに比例することから、電磁石式の固定子コイル(界磁)と回転子コイルへの整流子を持つ直流電動機を用いた車両の場合は、界磁コイルの電流を制御することで界磁コイルの強さを変化させて、回転数が変化しても発生電圧が一定とすることにより電動機の発生電圧を一定にしている。実際の制御は、鉄道用に標準として使われた直巻整流子電動機においては、界磁コイルの一部を短絡する(弱メ界磁)の為の端子を用いて主回路とは同一線路別回路を形成し、補助電源より励磁電流を流して主回路に発生する電圧を制御する。励磁電流の制御にはスイッチング素子による定電圧可変電流制御を必要とし、抵抗制御の時代は、耐久性の観点から広く磁気増幅器が用いられた。また界磁制御の幅を広くとるため、短距離主体の車両では複巻整流子電動機を使い、完全に(回転子の)主回路とは別線路としたものも出現した。後にスイッチング素子として半導体サイリスタが台頭してくると、回路全体を半導体スイッチング素子で制御する電機子チョッパ制御が出現するが、半導体素子が高額なため、日本においては帝都高速度交通営団(現・東京地下鉄)以外ではほとんど定着しなかった。固定子の制御は従来どおり抵抗制御とし、励磁回路を半導体によるスイッチング回路としたものが出現し、複巻主電動機を用いたものは界磁チョッパ制御、直巻主電動機を用いたものは界磁添加励磁制御と呼ばれる。現在主流である可変電圧可変周波数制御(VVVF)では、回生ブレーキ時には架線側に対して固定電圧固定周波数可変電流(CVCF)出力を行って回生ブレーキを実施している。また、交流電化区間では電圧だけではなく、交流電源の位相も同期させる必要が生じる。回生ブレーキを使用することにより、列車の消費電力を削減(力行時と制動時で相殺)できるほか、フラット発生による乗り心地悪化の抑止や、特に摩擦ブレーキ(空気ブレーキなどの基礎ブレーキ)として踏面ブレーキを採用している車両においては、輪軸摩耗率の抑制や長い下り勾配区間などでの過熱による輪軸弛緩の阻止が期待でき、また地下トンネル内の温度上昇の問題も軽減できる。技術の進歩でさらに摩擦ブレーキ使用率の低下(純電気ブレーキを参照)が実現したことにより、近年登場している新形の電気車(電気機関車と電車)のほとんどが、この回生ブレーキを採用している。