三坐标测量机是由单坐标测量机和两坐标测量机发展而来的。三坐标测量机是由三个相互垂直的运动轴X，Y，z建立起一个直角坐标系，测头的一切运动都在这个坐标系中进行；测头的运动轨迹由测球中心点来表示。
测量时，把被测零件放在工作台上，测头与零件表面接触，三坐标测量机的检测系统可以随日寸给出测球中心点在坐标系中的精确位置。当测球沿着工件的几何型面移动时，就可以得出被测几何型面上各点的坐标值。
将这些数据送入计算机，通过相应的软件进行处理，就可以精确地计算出被测工件的几何尺寸和形位公差等。