หลักการทำงานของแปรงถ่านสำหรับเครื่องมือไฟฟ้าส่วนใหญ่อาศัยแรงเสียดทานและการสัมผัสระหว่างแปรงถ่านและแปรงถ่าน (เรียกอีกอย่างว่าแปรงถ่าน) และทำให้เกิดกระบวนการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลผ่านสนามแม่เหล็กปัจจุบันของขดลวดระหว่างแปรงถ่านและขดลวดทองแดงไฟฟ้า มอเตอร์แปรงถ่านส่วนใหญ่ประกอบด้วยโรเตอร์และสเตเตอร์ โดยโรเตอร์มักประกอบด้วยแกนเหล็กและขดลวด และสเตเตอร์ประกอบด้วยแม่เหล็กถาวร เมื่อขดลวดโรเตอร์ได้รับพลังงาน จะเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่โต้ตอบกับสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์ ส่งผลให้โรเตอร์บิดตัว ขดลวดในโรเตอร์จะเชื่อมต่อหรือตัดการเชื่อมต่อจากแหล่งจ่ายไฟอย่างต่อเนื่องผ่านการสัมผัสระหว่างแปรงถ่านและแปรงถ่าน จึงเกิดกระแสไฟฟ้าสลับในขดลวด กระแสไฟฟ้าสลับนี้จะทำหน้าที่ผ่านสนามแม่เหล็กภายในขดลวดและแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล ผลักโรเตอร์ให้หมุน
บทบาทของแปรงถ่านในมอเตอร์ถือเป็นกุญแจสำคัญ โดยแปรงถ่านจะรักษาการสัมผัสแรงดันกับแปรงถ่านผ่านสปริงหรือโครงสร้างอื่นๆ เพื่อให้แน่ใจว่ากระแสไฟฟ้าสามารถส่งผ่านได้ตามปกติ เมื่อการสัมผัสระหว่างแปรงถ่านกับแปรงถ่านขาด กระแสไฟฟ้าจะหยุดไหล สนามแม่เหล็กในขดลวดจะหายไป และโรเตอร์จะหยุดหมุน และเมื่อการสัมผัสกลับมาเป็นปกติ กระแสไฟฟ้าจะไหลอีกครั้ง สนามแม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้นอีกครั้ง และโรเตอร์ก็จะหมุนต่อไป หลักการทำงานของแปรงถ่านนี้สามารถสรุปได้ง่ายๆ ว่า "กระแส-สนามแม่เหล็ก-แรง-การหมุน"
แปรงถ่านมักทำจากวัสดุที่มีคุณสมบัติเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า เช่น กราไฟท์ ซึ่งมีความสามารถในการนำไฟฟ้าและทนต่อการสึกหรอได้ดี แปรงถ่านจะติดตั้งอยู่บนสเตเตอร์ของมอเตอร์ และเชื่อมต่อกับมอเตอร์ด้วยสปริงหรือสกรูเซ็ต มีวงแหวนคอลเลกเตอร์หนึ่งชุดขึ้นไปบนโรเตอร์ และแปรงถ่านจะสร้างเส้นทางการถ่ายโอนกระแสไฟฟ้ากับโรเตอร์โดยสัมผัสกับวงแหวนคอลเลกเตอร์เหล่านี้ ความเสถียรของการนำกระแสไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความยืดหยุ่นและความต้านทานการสึกหรอของวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าของแปรงถ่าน ซึ่งสามารถมั่นใจได้ว่าจะสัมผัสกับวงแหวนคอลเลกเตอร์ได้ดีและรักษาการส่งกระแสไฟฟ้าให้เสถียรได้ เนื่องจากการเสียดสีจากการสัมผัสกับวงแหวนคอลเลกเตอร์ แปรงถ่านจะค่อยๆ สึกหรอ ดังนั้นจึงต้องเปลี่ยนเป็นประจำเพื่อให้มั่นใจถึงความน่าเชื่อถือของการนำกระแสไฟฟ้า
