三坐標測量儀的測頭有好幾種形狀，分別是點式測頭、圓柱形測頭、半球形測頭、星形測頭、盤形測頭、球形測頭，它們的用途及特征也各不相同。
點式測頭 ： 一般的XY測量時不使用；用于測量精度低的螺絲槽,標示的點或裂紋劃痕等；比起使用具有半徑的點式測頭的情況，可能精密的進行校正，用于測量非常小的孔的位置等。
圓柱形測頭 ： 適用于利用圓柱形的側面，測量薄斷面間的尺寸,曲線形象 或加工的孔等；只有圓柱形的斷面方向的測量有效，軸方向上測量困難的情況很多(圓柱形的底部分加工成和圓柱形軸同心的球模樣時，在軸方向上的測量也可能)；使用圓柱形測頭整體(高度)時，圓柱形軸和三坐標測量機軸要一致(一般盡量在同一斷面內進行測量)。
星形測頭：用于多形態的多樣工件測量； 同時校正并使用多個測頭，所以可以使測頭運動最小化，并測量側面的孔或槽等；使用和球形測頭一樣的方法進行校正。
半球形測頭 ：用于測量深處的特征和孔等；表面粗糙的工件的測量也有效。
盤形測頭 ： 在球的中心附近截斷做成的盤模樣的測頭；盤形斷面的形象因為是球，所以校正原理和球形測頭相同；利用外側直徑部分或厚度部分進行測量；適用于測量瓶頸面間的尺寸, 槽的寬或形象等的；利用環規校正較便利。
球形測頭： 多用于尺寸, 形象, 坐標測量等；球直徑一般為0.3 ~ 8.0mm，多樣使用；材料主要使用硬度高，耐磨性強的工業用紅寶石。