與傳統(tǒng)測量儀器是將被測量和機械基準進行比較測量不同的是，坐標測量機的測量實際上是基于空間點坐標的采集和計算。雖然現(xiàn)代的測量機比早期的功能要高級很多，但基本原理是相同的，即建一個剛性的結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)有三個互相垂直的軸，每個軸向安裝光柵尺，并分別定義為X、Y、Z軸。為了讓每個軸能夠移動，每個軸向裝有空氣軸承或機械軸承。在垂直軸上的探測系統(tǒng)記錄測量點任一時刻的位置。探測系統(tǒng)一般是由測頭和接觸式探針構(gòu)成，探針與被測工件的表面輕微接觸，獲得測量點的坐標。在測量過程中，坐標測量機將工件的各種幾何元素的測量轉(zhuǎn)化為這些幾何元素上點的坐標位置，再由軟件根據(jù)相應(yīng)幾何形狀的數(shù)學模型計算出這些幾何元素的尺寸、形狀、相對位置等參數(shù)。