直線導軌的移動元件和固定元件之間不用中間介質，而用滾動鋼球。因為滾動鋼球適應於高速運動、摩擦係數小、靈敏度高，滿足運動部件的工作要求，如機床的刀架，拖板等。直線導軌系統的固定元件(導軌)的基本功能如同軸承環，安裝鋼球的支架，形狀為「v」字形。支架包裹著導軌的頂部和兩側面。為了支撐機床的工作部件，一套直線導軌至少有四個支架。用於支撐大型的工作部件，支架的數量可以多於四個。
機床的工作部件移動時，鋼球就在支架溝槽中循環流動，把支架的磨損量分攤到各個鋼球上，從而延長直線導軌的使用壽命。為了消除支架與導軌之間的間隙，預加負載能提高導軌系統的穩定性，預加負荷的獲得.是在導軌和支架之間安裝超尺寸的鋼球。鋼球直徑公差為±20微米，以0.5微米為增量，將鋼球篩選分類，分別裝到導軌上，預加負載的大小，取決於作用在鋼球上的作用力。如果作用在鋼球上的作用力太大，鋼球經受預加負荷時間過長，導致支架運動阻力增大。這裡就有一個平衡作用問題；為了提高系統的靈敏度，減少運動阻力，相應地要減少預加負荷，而為了提高運動精度和精度的保持性，要求有足夠的預加負數，這是矛盾的兩方面。
工作時間過長，鋼球開始磨損，作用在鋼球上的預加負載開始減弱，導致機床工作部件運動精度的降低。如果要保持初始精度，必須更換導軌支架，甚至更換導軌。如果導軌系統已有預加負載作用。系統精度已喪失，唯一的方法是更換滾動元件。
導軌系統的設計，力求固定元件和移動元件之間有最大的接觸面積，這不但能提高系統的承載能力，而且系統能承受間歇切削或重力切削產生的衝擊力，把作用力廣泛擴散，擴大承受力的面積。為了實現這一點，導軌系統的溝槽形狀有多種多樣，具有代表性的有兩種，一種稱為哥待式(尖拱式)，形狀是半園的延伸，接觸點為頂點；另一種為園弧形，同樣能起相同的作用。無論哪一種結構形式，目的只有一個，力求更多的滾動鋼球半徑與導軌接觸(固定元件)。決定系統性能特點的因素是：滾動元件怎樣與導軌接觸，這是問題的關鍵。
直線滾柱導軌
直線滾柱導軌系統是平面導軌與直線滾柱導軌的組合，用滾柱安裝在平行導軌上，用滾柱代鋼球承載機床的運動部件。優點是接觸面積大、承載負荷大、靈敏度高。從床身尾部看，支架與滾柱置於平面導軌的頂面和側面，為了獲得高精度，在機床工作部件和支架內面之間，設置一塊楔板，使預加負載作用於支架的側面。楔板的工作原理與斜鐵相似，工作部件的重量作用於支架的頂面。由於作用在導軌系統上的預加負荷是可調的，為此楔板的損失得到補償，這一特點被廣泛用於中型或大型機床上，因為它對CNC指令反應靈敏，承受負荷大，直線滾柱導軌系統比傳統的平面導機能經受高速運轉，改善機床的性能。
