Μια μηχανή μέτρησης συντεταγμένων είναι ένας ελεγχόμενος από υπολογιστή ψηφιοποιητής τρισδιάστατων γεωμετρικών δεδομένων. Το μηχάνημα μπορεί να λειτουργήσει μοτίβα αναζήτησης που μοιάζουν με πλέγμα σε λειτουργία ελεύθερου στυλ, όπου τα απλά περιγράμματα ενός σχήματος εξερευνώνται με ελεύθερη επιλογή σημείων δεδομένων. Το μηχάνημα είναι επίσης η βάση για ορισμένα αυτοματοποιημένα συστήματα επιθεώρησης.
Το μηχάνημα αποτελείται συνήθως από ένα επίπεδο τραπέζι πάνω στο οποίο τοποθετείται το δείγμα. Μια γραφίδα ή ένας δείκτης συνδέεται με μια κεφαλή που μπορεί να περιστρέφεται προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Το βάρος του κεφαλιού είναι αντισταθμισμένο, ώστε να χειρίζεται εύκολα. Σε ορισμένα τραπέζια, το κεφάλι κινείται σε ένα μπράτσο που διανύει το μήκος του τραπεζιού. Σε μικρότερες εφαρμογές, η κεφαλή μπορεί να κινείται σε στηρίγματα κατά μήκος του εξεταστικού πίνακα ή μέσω ενός μηχανισμού λαιμού χήνας. Το μέγεθος των δειγμάτων και ο βαθμός ακρίβειας που απαιτείται καθορίζει την επιλογή του μηχανήματος.
Για την καταγραφή της γεωμετρίας του δείγματος, η γραφίδα τοποθετείται σε επιλεγμένο σημείο. Τα περιγράμματα του κομματιού καθορίζονται από τη γραφίδα που ανιχνεύει το υψόμετρο ακολουθώντας ένα ευθύγραμμο σχέδιο πλέγματος στις κατευθύνσεις x και y. Σε μια απλούστερη έκδοση της μηχανής μέτρησης συντεταγμένων, ο χειριστής αγγίζει έναν αριθμό σημείων στο αντικείμενο και τα δεδομένα x,y,z καταγράφονται στη μνήμη του μηχανήματος.
Με την ολοκλήρωση του βήματος συσσώρευσης δεδομένων, ο υπολογιστής μέσα στη μηχανή μέτρησης συντεταγμένων χαρτογραφεί ένα τρισδιάστατο μοντέλο του αντικειμένου. Το μοντέλο μπορεί να βασίζεται σε διανύσματα εάν συγκεντρωθούν επαρκή δεδομένα. Διαφορετικά, μπορεί να δημιουργηθεί ένας χάρτης σύνδεσης των κουκκίδων των σημείων του δείγματος. Τα δεδομένα μπορούν συνήθως να εξαχθούν για άλλες εφαρμογές που χρησιμοποιούν γεωμετρικά δεδομένα, όπως προγράμματα σχεδιασμού μηχανικής ή συγκεκριμένο λογισμικό χειρουργικού σχεδιασμού. Τα δεδομένα μπορούν να τροφοδοτηθούν σε προγράμματα επεξεργασίας γραφικών που θα δημιουργήσουν οπτικά μοντέλα που μπορούν να εμφανιστούν και να περιστραφούν στο χώρο.
Η δεύτερη κοινή χρήση μιας μηχανής μέτρησης συντεταγμένων, σε συνδυασμό με ένα οπτικό σύστημα, είναι η επιθεώρηση εξαρτημάτων με αυστηρές ανοχές ποιοτικού ελέγχου και για την κατασκευή αντικειμένων, όπως εργαλεία, σχέδια ημιαγωγών και περίπλοκα μηχανικά μέρη. Στο αντίστροφο της παραπάνω διαδικασίας, οι προδιαγραφές του προς εξέταση εξαρτήματος προγραμματίζονται στο μηχάνημα. Τα δεδομένα εισάγονται με τέτοιο τρόπο ώστε το οπτικό σύστημα της μηχανής μέτρησης συντεταγμένων να μπορεί να βρει μια θέση στο σπίτι, όπως τη διασταύρωση δύο άκρων ή το κέντρο μιας κυκλικής αποκοπής.
Αυτή η χρήση απαιτεί γνώση του τρόπου με τον οποίο καθορίζονται τα εξαρτήματα και καθορίζονται οι ανοχές. Εάν κάθε πιθανή διάσταση προσδιορίζεται ως ακριβής μέτρηση, δεν υπάρχει χώρος για παραλλαγές κατασκευής. Ο σχεδιαστής του εξαρτήματος πρέπει να λάβει υπόψη τις ικανότητες των μηχανών που κατασκευάζουν αυτό το εξάρτημα και τα πρόσθετα αποτελέσματα των στοιβαγμένων ανοχών. Αφού γίνει αυτό, ένα σωστά προετοιμασμένο σχέδιο, θα καθορίσει τις διαστάσεις, τις ανοχές και τα δεδομένα που θα ακολουθήσει ο προγραμματιστής μιας μηχανής μέτρησης συντεταγμένων.