单相步进电机是在一个线圈骨架上缠绕环形线圈，给它通以正负交变的电流，每切换一次电流就按固定方向走一步。由于转子磁路所通过的磁导（磁阻的倒数，表示磁通流过的容易程度）变大为其转动方向，故单相步进电机只能按一个方向运动。为使转动方向确定，磁导采取了多种措施，例如使定子磁极宽于转子,定子与转子之间的工作气隙不均匀，转动方向为磁阻小的方向。下图为单相步进电机的转动原理。
图(a)定子绕组通正电流，定子磁极产生N和S极，转子的N和S极被定子磁极吸引，停在图示位置。当定子电流由正变负时，在切换过程中，电流接近于零，定子对转子的吸引力接近零，此时转子磁通产生的转矩为主，如图(b)所示，转子的磁通要走气隙最小的路径，故转子在磁通力矩的作用下，沿箭头方向运动到转子磁极轴线（N和S极的中心线）正对气隙最小处停止。当定子绕组为负电流时，如图(c)所示，定子磁极的极性反转，转子磁极受到定子N和S极的斥力和引力作用，沿箭头方向运动，直到定转子磁极轴线重合时转子停止运动。加在绕组上的电流再次变换方向由负变正时，电流过零变正，则转子经过图(d)向图(a)移动，步距角为180°。上述动作反复进行，电机转子就能继续转动。
从以上单相步进电机的运行原理看出，单相步进电机的电磁转矩只在定子电流变换时产生，故其平均转矩比两相以上的电机要小得多，响应脉冲频率也在100pps以下，故其用途受到很大限制，只能在响应脉冲频率比较低的轻载下运行。例如时钟、车用计时器（发动机计时器）、水表计数器等。
下图为另一种单相步进电机结构的照片，最左边为电机整机，其次为电机线圈，再次为定子铁心，最后是永磁转子。
此种单相步进电机原理如上图中所示，气隙磁导发生变化，与只是磁导变化的结构不同，旋转方向依然是由不对称的定子磁极决定的。此定子为一个中间开直角三角形孔的磁极板，其斜线部分的磁导最大。转子磁极正对斜面时磁导最大，其为转子转动方向，其运行原理与上面的原理图是相同。
转子为圆柱形永磁磁极，极数为4极，将Nr=2，P=1带入式θs=180°/PNr，故步距角为θs=90°。
定子为一个圆形线圈，用正/负电流驱动。定子磁极通过气隙与转子产生相同的极数（4极）。其结构简单，一个有三角形孔的磁极，可近似看成4极。此电机用于水表的流量计等。
下图是另外一种单相步进电机的外观照片。此单相步进电机由照片看出，定子磁极的前端朝同一方向倾斜，从而改变转子磁路的磁导，使转子能沿一个方向旋转，其功能与上图（单相步进电机外观与结构）的定子相同。
此种单相步进电机转子为永磁磁极，其圆周上有N和S极共30个，定子为单相，总磁极数为30,用气隙作转子导向。绕于一个线圈架上的环形线圈经过正负电流，由式θs=180°/PNr得步距角θs=12°(Nr=15，P=1)，并按一个方向运动。其响应速度因为单相绕组的关系，只有几十pps。此种电机实际用于建筑机械的时针等。
以上所述的单相步进电机的旋转方向由磁导的偏差大小决定。其他还有将定子磁极分极、嵌入铜质的短路线圈等，在本学习课程中就不再详述了。