Ważnym zespołem maszyny współrzędnościowej jest głowica pomiarowa, dzięki której możliwe jest umiejscowienie punktu pomiarowego w przestrzeni maszyny. W wyniku sygnału odczytane zostają wartości współrzędnych lokalizowanego punktu i przesłane do pamięci komputera. Po zaprogramowaniu głowica obraca się do wskazanej pozycji, aby pod możliwie odpowiednim kątem dokonać odczytu współrzędnych w trzech osiach maszyny: X, Y, Z z dokładnością do kilku mikrometrów.
Głowice wraz z odpowiednio dobranymi komponentami zapewniają precyzyjny pomiar geometrii, powierzchni oraz krzywej nieznanej. W zależności od rodzaju możemy wyróżnić głowice pomiarowe ręczne oraz głowice automatyczne. Możemy podzielić je także na dwa typy: głowice pomiarowe stykowe lub głowice bezstykowe, w zależości od tego, czy pomiar następuje przez doprowadzenie głowicy do styku jej trzpienia pomiarowego z mierzonym przedmiotem, czy też lokalizacja punktu odbywa się bezstykowo, np. na zasadzie zastosowania wiązki światła.
