數控機床一般由控制介質、數控裝置、伺服系統和機床本體組成。
為了提高機床的加工精度，在上述系統中再加入一個測量裝置（即上圖中的虛線部分），這樣就構成了閉環控制的數控機床框圖。開環控制系統的工作過程是這樣的：將控制機床工作臺運動的位移量、位移速度、位移方向、位移軌跡等參量通過控制介質輸入給機床數控裝置，數控裝置根據這些參量指令計算得出進給脈衝序列（包含有上述4個參量），然後經伺服系統轉換放大，最後控制工作臺按所要求的速度、軌跡、方向和距離移動。若為閉環系統，則在輸入指令值的同時，反饋檢測機床工作臺的實者間有誤際位移值，反饋量與輸入量在數控裝置中進行比較，若有差值，說明二差，則數控裝置控制機床向著消除誤差的方向運動。
現將各組成部分簡述如下：
1、控制介質
數控機床工作時，不需要工人去搖手柄操作機床，但又要自動地執行人們的意圖，這就必須在人和數控機床之間建立某種聯絡，這種聯絡的媒介物稱之為控制介質（或稱程式介質、輸入介質、資訊載體）。
常用的控制介質是8單位的標準穿孔帶，且常用的穿孔帶是紙質的`，所以又稱紙帶。其寬為 25.4mm，厚0.108mm，每行除了必須有一個φ1.17mm的同步孔外，最多可以有8個φ1.33mm 的資訊孔。用每行8個孔有無的排列組合來表示不同的程式碼( 紙帶上孔的排列規定，稱為程式碼)。把穿孔帶輸入到數控裝置的讀帶機，再由讀帶機把穿孔帶上的程式碼轉換為數控裝置可以識別和處理的電訊號，並傳送到數控裝置中去，便完成了指令資訊的輸入工作。
2、數控裝置
數控置是數控機床的中樞，在普通數控機床中一般由輸入裝置、儲存器、控制器、運算器和輸出裝置組成。數控裝置接收輸入介質的資訊，並將其程式碼加以識別、儲存、運算，輸出相應的指令脈衝以驅動伺服系統，進而控制機床動作。在計算機數控機床中，由於計算機本身即含有運算器、控制器等上述單元，因此其數控裝置的作用由一臺計算機來完成。
3、伺服系統
伺服系統的作用是把來自數控裝置的脈衝訊號轉換為機床移動部件的運動，使工作臺（或溜板）精確定位或按規定的軌跡作嚴格的相對運動，最後加工出符合圖紙要求的零件。
在數控機床的伺服系統中，常用的伺服驅動元件有功率步進電機、電液脈衝馬達、直流伺服電機和交流伺服電機等。
4、機床
數控機床中的機床，在開始階段使用通用機床，只是在自動變速、刀架或工作臺自動轉位和手柄等方面作些改變。實踐證明：數控機床除由於切削用量大、連續加工發熱多等影響工件精度外，並且由於是自動控制，在加工中不能像在通用機床上那樣可以隨時由人工進行干預。所以其設計要求比通用機床更嚴格，製造要求更精密。因而後來在數控機床設計時，採用了許多新的加強剛性、減小熱變形、提高精度等方面的措施，使得數控機床的外部造型、整體佈局、傳動系統以及刀具系統等方面都已發生了很大的變化。