加工中心的系统基本组成与一般数控机床一样，只是在此基础上增加刀库和自动换刀装置而形成的一类更复杂，但用途更广，效率更高的数控机床。加工中心配置有刀库和自动换刀装置，所以能在一台机床上完成车、铣、镗、钻、铰、攻螺纹、轮廓加工等多个工序的加工。加工中心机床具有工序集中、可以有效缩短调整时间和搬运时间，减少在制品库存，加工质量高等优点，因此常用于零件比较复杂，需要多工序加工，且生产批量中等的生产场合。
加工中心通常是指镗铣加工中心，主要用于加工箱体及壳体类零件，工艺范围广。加工中心除配备有刀具库及自动换刀机构外，还配备有回转工作台或交换工作台等，有的加工中心还具有可交换式主轴头或卧一立式主轴。加工中心目前已成为一类广泛应用的自动化加工设备，它们可作为单机使用也可作为FMC、FMS中的单元加工设备。加工中心有立式和卧式两种基本形式，前者适合于平面形零件的单面加工，后者特别适合于大型箱体零件的多面加工。
加工中心的刀具库通常位于远离主轴的机床侧面或顶部。刀具库远离工作主轴的优点是少受切削液的污染，使操作者在加工时调换库中刀具免受伤害。FMC和FMS中的加工中心通常需要大量刀具，除了满足不同零件的加工外，还需要后备刀具，以实现在加工过程中实时更换破损刀具和磨损刀具，因而要求刀库的容量较大。换刀机械手有单臂机械手和双臂机械手，回转1800的双臂机械手应用最普遍。
加工中心刀具的存取方式有顺序方式和随机方式，刀具随机存取是最主要的方式。随机存取就是在任何时候可以取用刀库中任一把刀，选刀次序是任意的，可以多次选取同一把刀，从主轴卸下的刀允许放在不同于先前所在的刀座上，CNC可以记忆刀具所在的位置。采用顺序存取方式时，刀具严格按数控程序调用刀具的次序排列。程序开始时，刀具按照排列次序一个接着一个取用，用过的刀具仍放回原刀座上，以保持确定的顺序不变。正确地安放刀具是成功地执行数控程序的基本条件。
回转工作台是卧式加工中心实现主轴运动的部件，主轴的运动可作为分度运动或进给运动。回转工作台有两种结构形式，仅用于分度的回转工作台用鼠齿盘定位，分度前工作台抬起，使上下鼠齿盘分离，分度后落下定位，上下鼠齿盘啮合，实现机械刚性连接。用于进给运动的回转工作台用伺服电机驱动，用回转式感应同步器检测及定位，并控制回转速度，也称数控工作台。数控工作台和X、Y、Z轴及其它附加运动构成4～5轴轮廓控制，可加工复杂轮廓表面。
卧式加工中心可对工件进行4面加工，带有卧——立式主轴的加工中心可对工件进行5面加工。卧——立式主轴是采用正交的主轴头附件，可以改变主轴角度方位900，因而它得到用户的普遍认可和欢迎。另外，由于它是减少了机床的非加工时间和单件工时，可以提高机床的利用率。
加工中心的交换工作台和托盘交换装置配合使用，实现了工件的自动更换，从而缩短了消耗在更换工件上的辅助时间。
