三坐标测量机的测头系统是由测座、测头、探针等组成，是数据采集的传感器系统，三坐标测量机在对工件进行测量时，能够根据测头系统探测工件，返回工件表面的点数据，通过三坐标的软件系统(如ac-dmis)计算各类几何形状、尺寸等。
1.测头座
测头座是探测系统中连接三坐标测量机移动轴与测头的部分，测头信号通过测座同三坐标测量机控制系统的测头接口相连。测座有多种，主要分为手动可旋转测座、固定测座、万向探测系统三种。
2.测头
测头是测量机触测被测零件的发讯开关，它是坐标测量机的关键部件，主体为探测传感器，一般由独立的控制系统控制，其主要包括测量力的控制、测量过程控制、测点的感知、与坐标测量系统通讯等。
3.探针
安装在测头上，并接触被测量元件，典型结构为测杆+红宝石球。不同形状和规格，确保测头不受限制的对工件所有特征元素进行测量，整个探针系统包括：接长杆、转接件、探针(组)等。探针系统可以根据相关的测量要求，通过对这些构件的组合与配置，形成各种结构形式，以完成不同的测量任务。
4.附件
1)加长杆
加长杆探针的辅助测量，具有测量较深位置特征的能力。
2)更换架
由于被测工件的复杂性，在实际测量工作中不可能由一个探针(系统)完成所有的测量任务，更换架可对测量机测座上的测头/加长杆/探针组合进行快速、可重复的更换，在同一测量系统下对不同的工件进行*自动化的检测。
3)标准球
由坐标测量系统供应商提供的一个(组)已知直径的高精度球(球度误差很小)，用来标定和校准探测系统。这个装置在平时使用过程中必须注意保护，因为它是测量机精度的依据之一，也是使用很频繁的一个装置。