从机械结构来看，工业机器人总体上分为串联机器人和并联机器人。串联机器人的特点是一个轴的运动会改变另一个轴的坐标原点，而并联机器人一个轴运动则不会改变另一个轴的坐标原点。早期的工业机器人都是采用串联机构。并联机构定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。并联机构有两个构成部分，分别是手腕和手臂。
驱动系统是向机械结构系统提供动力的装置。根据动力源不同，驱动系统的传动方式分为液压式、气压式、电气式和机械式4种。早期的工业机器人采用液压驱动。由于液压系统存在泄露、噪声和低速不稳定等问题，并且功率单元笨重和昂贵，目前只有大型重载机器人、并联加工机器人和一些特殊应用场合使用液压驱动的工业机器人。
在减速比不能较大调整的情况，电机的转速则直接影响着机器人的末端速度和工作节拍；而且速比太低会影响电机的惯量匹配，因此提高电机的转速也是机器人电机的关键技术之一。
机器人机械本体由于加工误差和装配误差的原因，难以避免会和理论数学模型存在偏差，会降低机器人TCP精度和轨迹精度，如在焊接和离线编程使用时会受到严重影响。通过检测和算法标定补偿机器人的模型参数，可以较好地解决此问题。