數控機床在線檢測系統分為兩種，一種為直接調用基本宏程序，而不用計算機輔助；另一種則要自己開發宏程序庫，借助于計算機輔助編程系統，隨時生成檢測程序，然后傳輸到數控系統中。
數控機床的在線檢測系統由軟件和硬件組成。硬件部分通常由以下幾部分組成：
（1）機床本體
機床本體是實現加工、檢測的基礎，其工作部件是實現所需基本運動的部件，它的傳動部件的精度直接影響著加工、檢測的精度。
（2）數控系統
目前數控機床一般都采用CNC數控系統，其主要特點是輸入存儲、數控加工、插補運算以及機床各種控制功能都通過程序來實現。計算機與其他裝置之間可通過接口設備聯接，當控制對象或功能改變時，只需改變軟件和接口。CNC系統一般由中央處理存儲器和輸入輸出接口組成，中央處理器又由存儲器、運算器、控制器和總線組成。
（3）伺服系統
伺服系統是數控機床的重要組成部分，用以實現數控機床的進給位置伺服控制和主軸轉速（或位置）伺服控制。伺服系統的性能是決定機床加工精度、測量精度、表面質量和生產效率的主要因素。
（4）測量系統
測量系統有接觸觸發式測頭、信號傳輸系統和數據采集系統組成，是數控機床在線檢測系統的關鍵部分，直接影響著在線檢測的精度。其中關鍵部件為測頭，使用測頭可在加工過程中進行尺寸測量，根據測量結果自動修改加工程序，改善加工精度，使得數控機床既是加工設備，又兼具測量機的某種功能。
目前常用的雷尼紹測頭，是英國雷尼紹公司的產品，它們用于數控車床、加工中心，數控磨床、專機等大多數數控機床上。測頭按功能可分為工件檢測測頭和刀具測頭；按信號傳輸方式可分為硬線連接式、感應式、光學式和無線電式；按接觸形式可分為接觸測量和非接觸測量。用戶可根據機床的具體型號選擇合適的配置。
（5）計算機系統
在線檢測系統利用計算機進行測量數據的采集和處理、檢測數控程序的生成、檢測過程的仿真及與數控機床通信等功能。在線檢測系統考慮到運行目前流行的Windows和CAD/CAM/CAPP/CAM以及VC++等軟件，以及減少測量結果的分析和計算時間，一般采用Pentium級別以上的計算機。
