壓電元件的特點是“壓電效應"：在一定的電場作用下會產生外形尺寸的變化，在一定范圍內，形變與電場強度成正比。壓電元件的主要材料為壓電陶瓷（PZT）、電致伸縮材料（PMN）等。比較典型的壓電陶瓷材料有日本TOKIN公司的疊堆型壓電伸縮陶瓷等。PZT直動式伺服閥的原理是：在閥芯兩端通過鋼球分別與兩塊多層壓電元件相連。通過壓電效應使壓電材料產生伸縮驅動閥芯移動。實現電-機械轉換。PMN噴嘴擋板式伺服閥則在噴嘴處設置一與壓電疊堆固定連接的擋板，由壓電疊堆的伸、縮實現擋板與噴嘴間的間隙增減，使閥芯兩端產生壓差推動閥芯移動。壓電式電-機械轉換器的研制比較成熟并已得到較廣泛的應用。它具有頻率響應快的特點，伺服閥頻寬甚至能達到上千赫茲，但亦有滯環大、易漂移等缺點，制約了壓電元件在電液伺服閥上的進一步應用。