万能试验机包括一个或多个垂直承载座的立柱，立柱上安装一个固定的水平基，顶部还有一个可移动的水平十字头（十字横梁）。现在的万能试验机，立柱上通常还有滚珠丝杠用以固定可移动的十字头。万能拉力试验机的大小用框架的最大承载水平和测量载荷/拉力的测力计来共同表征。测力计附在依靠电动马达或液压装置驱动的可移动的十字头上。带夹具的系列测力计测量力的大小，可以通过数字显示器或PC机显示结果。很多UTM具有可互换的测力计，因此可以与所测试的不同材料匹配。静态试验利用标准的电子万能试验机来进行，通常加载速度范围为0.001~20 in./min(1in.=2.54cm)。动态试验或循环试验如裂纹增长和疲劳试验通常利用液压伺服系统UTM试验机来进行，时间较长，载荷较低。

      早期的万能试验机具有类似的电子元器件和记录仪。现在已经被数控设备和PC软件代替。新的自动控制设备可以运行试验，还能显示数据，有时甚至是边运行边记录。以前的记录仪，包括PC软件之前的数字显示时代，用户得到的测试信息都是载荷/变形曲线，Y轴表示应力，X轴表示形变。这些曲线还需要对其进行计算和解释。最新的系统仍然能提供这些曲线，但是同时还能对数据进行计算，如屈服强度、破坏强度和模量等数据。

      目前，利用万能试验机所测试的最常见的项目是拉伸强度和拉伸模量、弯曲强度和模量。按照ASTM D 638和ISO 527进行拉伸试验时，样条的两端都有夹具夹紧，一个夹具是静止的，另一个固定在十字头上，背离固定夹具移动，牵引样条直至样条出现断裂，断裂时十字头会自动停止。弯曲试验时(ASTM D790 、D6272以及ISO178)，样条被放在试验机固定机床的两个支座上。这个试验中，十字头移动的方向与拉伸试验中移动方向相反，向一个没有支撑的中心推动而不是牵引样条，直至样条弯曲甚至断裂。因为多数热塑性塑料材料不会在这个试验中断裂，所以不可能计算断裂弯曲强度。因而，标准的试验方法要求计算应变为5%时的弯曲应力。