萬能試驗機包括一個或多個垂直承載座的立柱，立柱上安裝一個固定的水平基，頂部還有一個可移動的水平十字頭（十字橫梁）。現在的萬能試驗機，立柱上通常還有滾珠絲杠用以固定可移動的十字頭。萬能拉力試驗機的大小用框架的承載水平和測量載荷/拉力的測力計來共同表征。測力計附在依靠電動馬達或液壓裝置驅動的可移動的十字頭上。帶夾具的系列測力計測量力的大小，可以通過數字顯示器或PC機顯示結果。很多UTM具有可互換的測力計，因此可以與所測試的不同材料匹配。靜態試驗利用標準的電子萬能試驗機來進行，通常加載速度范圍為0.001~20 in./min(1in.=2.54cm)。動態試驗或循環試驗如裂紋增長和疲勞試驗通常利用液壓伺服系統UTM試驗機來進行，時間較長，載荷較低。

早期的萬能試驗機具有類似的電子元器件和記錄儀。現在已經被數控設備和PC軟件代替。新的自動控制設備可以運行試驗，還能顯示數據，有時甚至是邊運行邊記錄。以前的記錄儀，包括PC軟件之前的數字顯示時代，用戶得到的測試信息都是載荷/變形曲線，Y軸表示應力，X軸表示形變。這些曲線還需要對其進行計算和解釋。的系統仍然能提供這些曲線，但是同時還能對數據進行計算，如屈服強度、破壞強度和模量等數據。

目前，利用萬能試驗機所測試的常見的項目是拉伸強度和拉伸模量、彎曲強度和模量。按照ASTM D 638和ISO 527進行拉伸試驗時，樣條的兩端都有夾具夾緊，一個夾具是靜止的，另一個固定在十字頭上，背離固定夾具移動，牽引樣條直至樣條出現斷裂，斷裂時十字頭會自動停止。彎曲試驗時(ASTM D790 、D6272以及ISO178)，樣條被放在試驗機固定機床的兩個支座上。這個試驗中，十字頭移動的方向與拉伸試驗中移動方向相反，向一個沒有支撐的中心推動而不是牽引樣條，直至樣條彎曲甚至斷裂。因為多數熱塑性塑料材料不會在這個試驗中斷裂，所以不可能計算斷裂彎曲強度。因而，標準的試驗方法要求計算應變為5%時的彎曲應力。

壓縮試驗一般很少應用UTM試驗機，盡管這在ASTM D1621和 ISO 844標準中對剛性塑料泡沫而言是一項主要的試驗。UTM試驗機還能用于任何形狀的注塑產品如瓶子的壓碎試驗，在一定高度將樣品摔碎或使其變形所需的應力值即壓縮強度值。

據UTM供應商統計，對于塑料材料而言，剪切試驗更不多見。剪切強度值是將樣品放在沖床型的剪切裝置里測得的。沖擊速度為0.005in./min，直至樣品的可移動部分完全將固定部分露出來。剪切強度值為應力/剪切面積的值。這在薄膜材料和片材產品中很重要，因為這種類型的破壞容易出現在這類產品中，但是這并不是其他擠出和注塑產品設計時考慮多的因素。按照ASTD732（沒有等同的 ISO 標準）標準進行試驗時，常用的試樣是塑料片材或0.005~0.500in.厚的注塑碟片。