Trong máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp, dây quấn kích thích được mắc nối tiếp với dây quấn phần ứng nên dòng điện kích từ chính là dòng điện tải do đó khi tải thay đổi điện áp thay đổi rất nhiều vì vậy trong thực tế không sử dụng máy phát kích từ nối tiếp.
Số vòng dây của dây quấn kích tứ ít hơn nhiều so với dây quấn kích từ của máy phát điện một chiều kích thích song song nhưng tiết diện dây lại lớn hơn một cách tương ứng.
Máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp thuộc loại tự kích cho nên cần phải có từ dư và máy phải quay theo chiều quy định, mặt khác máy chỉ được kích từ khi mạch ngoài khép kín qua một điện trở tải.
Vì It=Iư=I nên khi n=const thì chỉ còn 2 đại lượng biến đổi là U và I, do đó máy phát điện này chỉ có một đặc tính ngoài là U=f(I), còn các đặc tính khác chỉ xây dựng được theo sơ đồ kích thích độc lập.
Khi có tải trong dây quấn kích thích, có dòng điện It=Iư=I và điện áp của máy phát điện tăng lên. Tuy nhiên điện áp chỉ tăng tới một trị số tới hạn Uth xác định bởi sự bão hòa của mạch từ. Khi dòng điện tải lớn hơn giá trị tới hạn Ith thì điện áp của máy phát điện lại giảm. Sở dĩ như vậy là do mạch từ bão hòa, từ thông của máy phát điện không tăng nữa, trong khi đó phản ứng phần ứng và điện áp rơi trong mạch phần ứng vẫn tiếp tục tăng theo sự tăng dòng điện. Đường đặc tính ngoài U=f(I) vẽ trên hình.