CNC系统由硬件和软件组成。CNC系统的硬件从电路板结构来分，有大板结构和模块化结构两种，从使用的微机结构来分，有单微机结构和多微机结构。为了完成控制机床的任务，CNC系统都有一套专用软件，即系统软件，它一般包括输入数据处理、插补计算、位置控制、速度控制、管理和诊断等软件。输入数据处理软件包括程序段的输入、存储、译码及预计算（如刀补计算）等内容。插补计算是CNC系统的一项重要任务，CNC系统的插补算法有逐点比较法、数字积分法、数据采样法等。CNC系统常见的软件结构有前后台型和中断型两种。
数控机床的进给伺服系统有开环伺服系统、闭环伺服系统、半闭环伺服系统和CNC伺服系统。数控机床的进给系统的机械结构与普通机床有很大的区别，体现在采用了精密的滚珠丝杠副、消除间隙机构、精密的导轨（如直线导轨、液体静压导轨、贴塑导轨等）。位置检测装置是保证闭环和半闭环伺服系统精度的关键，常用的位置检测装置有旋转变压器、感应同步器、光栅、磁栅等。
数控机床的主轴驱动方式有变速齿轮传动、带传动、用两个电动机分别驱动主轴、内装主轴电动机等。主轴调速有电动机调速和机械齿轮变速。为满足数控机床低速强力切削的需要，常采用分段无级变速的方法。
PLC在数控机床中得到了非常广泛的应用，如采用PLC作为开关量控制的控制器。
