三坐標測量機將被測件放入測量范圍內，可以準確測出測件表面的點在空間的三個坐標位置的數值，經過三坐標數學計算的方法得出其形狀、位置公差及其他幾何量數據。三坐標測量機一般由主機(包括光柵尺)、電氣系統、軟件系統及測頭組成。

1、主機

主機結構分為：
(1)框架，是工作臺、立柱、橋框、殼體等機械結構的集合體；
(2)標尺系統，起決定儀器精度作用；
(3)導軌，實現三維運動的重要部分；
(4)驅動裝置，實現機動和程序控制伺服運動的功能；
(5)平衡部件，主要用于Z軸框架結構中。主要起平衡Z軸重量的作用，以使Z軸上下運動時無偏得干擾，使檢測時Z向測力穩定；
(6)轉臺與附件，其中轉臺能使測量機增加一個運轉運動的自由度，便于某些種類零件的測量。

2、電器系統

電氣控制系統是測量機的電氣控制部分。它具有單軸與多軸聯動控制、外圍設備控制、通信控制和保護與邏輯控制等；

3、軟件系統

(1)計算機硬件部分，三坐標測量機可以采用各種計算機，一般有PC機和工作站等；
(2)測量機軟件，包括控制軟件與數據處理軟件。這些軟件可進行坐標交換與測頭校正，生成探測模式與測量路徑，可用于基本幾何元素及其相互關系的測量，形狀與位置誤差測量等。具有統計分析、誤差補償和網絡通信等功能；
(3)打印與繪圖裝置，此裝置可根據測量要求，打印出數據、表格，亦可繪制圖形，為測量結果的輸出設備。

4、測頭

測頭即三維測量的傳感器，它可在三個方向上感受瞄準信號和微小位移，以實現瞄準與測微兩種功能。Mars系列三坐標測量機測頭部分：

(1)Pantec 測座
Pantec eagle head M7.5M8全自動旋轉測座，可實現測頭在A 軸和B 軸以7.5 度為增量移動，該測座具有720個可重復定位空間位置，可配置長達300mm 加長桿，具有高重復性以及機械式自動連接功能。
(2)Pantec測頭
Pantec eagle mp touch SF是5方向或6方向操作的觸發式測頭。由測頭本體和可分離測頭吸盤組成，可以手動或自動改變測針的配置而不需要重新定位測針，在檢測時，可節省很多時間。