כלי מכונת CNC הם מגוונים ודינמיים כמו שלל הפריטים שהם יוצרים. עם זאת, רוב מכונות ה-CNC פועלות בשתי מסגרות: מערכת לולאה פתוחה או לולאה סגורה.
במערכות CNC בלולאה פתוחה, המפעיל יפתח את הבקרה המספרית של המחשב עבור המשימה שעל הפרק ויפיק את ה-g-code או קובץ העבודה באמצעות תוכנת תכנון בעזרת מחשב (CAD). לאחר מכן, המחשב מעביר את השלבים הנכונים לבקר ולמנועי הסרוו המחוברים אליו.
מנועים אלה מפעילים כלי חיתוך, כמו מחרטות או מטחנות, לאורך שני צירים לפחות (X ו-Y), אם כי מכונות CNC מתקדמים יכולות להגביר את הרבגוניות והדיוק על ידי הזזת כרסמי CNC ואביזרים אחרים סביב מספר צירים נוספים.
מערכות CNC בלולאה סגורה מספקות נתוני משוב לצג כדי לטפל בחוסר עקביות בזמן שמכונות CNC נעות סביב החומר. תקשורת מנוע-מוניטור זו מאפשרת למערכות בלולאה סגורה לשנות את המהירות, המיקום וקצב ההזנה של מכונות סיבוב וכלי מכונת CNC אחרים בזמן אמת.