Mr Morales beordrade militären att ta över dotterbolaget till det spanska kraftbolaget REE, som äger och driver omkring tre fjärdedelar av Bolivias elnät.
Morales sade att han hade beordrat flytten till ära för det bolivianska folket som kämpade för att återfå kontrollen över sina naturresurser.
Förra månaden tog Argentina kontroll över det spanska oljebolaget YPF.
Vid en ceremoni i maj sade president Morales att "för att hedra alla bolivianska människor som har kämpat för att återhämta sig från våra naturresurser och grundläggande tjänster förstatligar vi Transportadora de Electricidad (TDE)".
"Underlåtenhet att investera"
Han sa att han exproprierade företaget för att det inte hade investerat tillräckligt i Bolivia.
Det spanska kraftbolaget REE köpte 99,94% av aktierna i TDE 2002. De återstående 0,06 procenten ligger i händerna på de bolivianska anställda vid TDE.
TDE äger och driver 73% av elledningarna i Bolivia, vilket ger 85% av bolivianerna el, enligt företagets webbplats.
Morales sade inte hur det spanska företaget skulle kompenseras, men i sitt dekret föreskrev han att staten skulle förhandla om en utbetalning med REE.
TDE:s nationalisering är den senaste i en rad expropriationer som påbjudits av president Morales.
På majdagen 2010 exproprierade han fyra kraftproducerande företag.
En av dem, det brittiska elbolaget Rurlec, söker för närvarande ersättning för övertagandet vid den permanenta skiljedomstolen i Haag.
Spanska regeringstjänstemän sade att de fortfarande samlade information om flytten, men sade att det var annorlunda än Argentinas övertagande av spanskägda oljebolaget YPF för drygt två veckor sedan.
Spanien reagerade ilsket på YPF:s nationalisering, hotade med vedergällning och samlade internationellt stöd mot den.
Bolivias president Evo Morales har förstatligat ett spanskägt elbolag.