简单地说,三坐标测量机就是在三个相互垂直的方向上有导向机构、测长元件、数显装置，有一个能够放置工件的工作台，三坐标测量机的测头以手动或自动方式轻快地移动到被测点上，三坐标测量机是由读数设备和数显装置把被测点的坐标值显示出来的一种测量设备。显然这是简单、原始的三坐标测量机。有了这种三坐标测量机后，在测量容积里任意一点的坐标值都可通过读数装置和数显装置显示出来。
三坐标测量机的采点发讯装置是三坐标测量仪的测头，在沿X，Y，Z三个轴的方向装有光栅尺和读数头。其测量过程就是当三坐标测量机的测头接触工件并发出采点信号时，由三坐标测量仪控制系统去采集当前机床三轴坐标相对于机床原点的坐标值，再由计算机系统对数据进行处理和输出。因此三坐标测量仪可以用来测量直接尺寸，也可以获得间接尺寸和形位公差及各种相关关系，也可以实现扫描和一定的数据处理功能，为加工提供数据和测量结果。自动型三坐标测量仪还可以进行自动测量，实现批量零件的自动检测。
