堆垛机主要有三个方向的运动：
行走：堆垛机在马达驱动下沿巷道前后往返运动
升降：升降台在马达驱动下沿主柱上下往返运动
叉取：货叉在马达驱动下在入出库站或货位移载货物
下图为典型的堆垛机结构示意。
堆垛机的整体支撑座，堆垛机运转时产生的动负荷及静负荷均由底盘传至行走轮，因此底盘采用重型钢材为主体焊接或螺栓锁固构成，以维良好之刚性。
（1）为维持堆垛机的运转平稳，行走机构采用变频控制交流马达，经减速机驱动行走轮沿着地面导轨前后行走。
(2）每个行走轮均设置侧向导论，使堆垛机维持稳定，行走轮组设有特殊支架，当行走轮或侧向导轮意外松脱时，此支架应能将底盘扶持在地面导轨上。
(1)可变速型，以变频控制交流马达，经减速机驱动载荷台的上升或下降。所选用的升降马达均附安全电磁刹车器，以将载货台稳定保持在一定的高度。
（2）升降机构包括链轮、导向轮以及链条张力调整装置，或索轮、导向索轮以及钢索张力调整装置。
(1)堆垛机为双桅柱型，但其桅柱设计均系高强度重量比（High Strength-to-Weight Ratio）使其重心降低，以维持运转稳定。
(2)桅柱顶端设置侧向导论，行走时沿着上导轨支持导引，并提高其稳定性。
(3)沿着桅柱的全长设置维护用操作爬梯，以便检查桅顶设施。
上横梁在双立柱的顶部，与下横梁一起与双立柱组成稳固的框架结构，上导轮可以防止堆垛机脱离上轨道。
载货台位于双立柱中间，升降电机驱动载货台作升降运动。载货台上不但装有货物超长、超宽、超高检测器，还有货位虚实探测器，以防止货物超差或双重入库。
货叉机构装在载货台上，该装置包含四节货叉和附属随动件和导向装置，传动装置包括齿轮、齿条、链轮、链条等；保证平稳地叉取货物，防止撞击造成的破坏。
货叉电机为4极异步电机附有刹车制动装置（电磁结构），符合IP54保护标准，马达由变频器控制。
又叫地轨，一般选用轨道钢，用锚胀螺栓固定于堆垛机运行的巷道中，堆垛机沿着下轨道走行。下轨道垫块与轨道之间用吸震材料做充填，以减少噪声和运行的平稳。
又叫天轨，安装于货架上横梁的下部，引导堆垛机运行。连成一段整体的上轨道可以充分保证堆垛机的平稳运行。
在轨道两端装有橡胶缓冲止挡器防止堆垛机脱轨。
位于堆垛机运行巷道中货架的下部，供给堆垛机运行的动力电源，为安全起见，一般采用管式滑触线。
安装于堆垛机上，内置PLC、变频器、电源供应器、电磁开关等部件。顶部面板上为触摸屏操作，代替了原来的操作按钮、按键、选择开关。控制盘正前方留有站人位置，便于手动调试堆垛机。
