测定材料的力学性能的主要设备是材料试验机。常用的材料试验机有拉力试验机、压力试验机、扭转试验机、冲击试验机、疲劳试验机等。能兼作拉伸、压缩、剪切、弯曲等多种实验的试验机称为万能试验机。根据加力的性质可分为静荷试验机和动荷试验机。供静力实验用的万能材料试验机有液压式、机械式、电子式等类型。下面将着重介绍这三种类型的万能试验机。
一、加载系统
在底座上由两根固定立柱和固定横梁组成承载框架。工作油缸固定于框架上。在工作油缸的工作活塞上，支承着由上横梁、活动立柱和活动平台组成的活动框架。当油泵启动时，油液通过送油阀，经送油管进入工作油缸，把工作活塞连同活动平台一同顶起。这样，如把试样安装于上夹头和下夹头之间，由于下夹头固定，上夹头随活动平台上升，试样将受到拉伸。若把试样置放于两个承压垫板之间，或将受弯试样置放于两个弯曲支座上，则因固定横梁不动而活动平台上升，试样将分别受到压缩或弯曲。此外，实验开始前如欲调整上、下夹头之间的距离，则可开动调位电机，驱动螺杆，便可使下夹头上升或下降。但调位电机不能用来给试样施加拉力。
二、测力系统
加载时，开动油泵电机，打开送油阀，油泵把油液送入工作油缸顶起工作活塞给试样加载;同时，油液经回油管及测力油管(这时回油阀是关闭的，油液不能流回油箱)，进入测力油缸，压迫测力活塞、使它带动拉杆向下移动，，从而迫使摆杆和摆锤连同推杆绕支点偏转。推杆偏转时，推动齿杆作水平移动，于是驱动示力盘的指针齿轮，使示力指针绕示力度盘的中心旋转。示力指针旋转的角度与测力油缸活塞上的总压力(即拉杆所受拉力)成正比。因为测力油缸和工作油缸中油压压强相同，两个油缸活塞上的总压力成正比(活塞面积之比)。这样，示力指针的转角便与工作油缸活塞上的总压力，亦即试样所受载荷成正比。经过标定便可使指针在示力度盘上直接指示载荷的大小。
试验机一般配有重量不同的摆锤，可供选择。对重量不同的摆锤，使示力指针转同样的转角，所需油压并不相同，即载荷并不相同。所以，示力度盘上由刻度表示的测力范围应与摆锤的重量相匹配。以WE-300试验机为例，它配有A、B、C三种摆锤。摆锤A对应的测力范围为0～60kN，A+B对应0～150kN，A+B+C对应0～300kN。
开动油泵电机，送油阀开启的大小可以调节油液进入工作油缸的快慢，因而可用以控制增加载荷的速度。开启回油阀，可使工作油缸中的油液经回油管泄回油箱，从而卸减试样所受载荷。
实验开始前，为消除活动框架等的自重影响，应开动油泵送油，将活动平台升高10mm左右。然后调节测力部分的平衡铊，使摆杆保持垂直位置，并使示力指针指在零点。
试验机上一般还有自动绘图装置。它的工作原理是，活动平台上升时，由绕过滑轮的拉绳带动滚筒绕轴线转动，在滚筒圆柱面上构成沿周线表示位移的坐标;同时齿杆的移动构成沿滚筒轴线表示载荷的坐标。这样，实验时绘图笔在滚筒上就可自动绘出载荷-位移曲线。当然，这只是一条定性曲线，不是很准确的。
三、操作规程和注意事项
1、根据试样尺寸和材料，估计最大载荷，选定相应的示力度盘和摆锤重量。需要自动绘图时，事先应将滚筒上的纸和笔装妥。
2、先关闭送油阀和回油阀，再开动油泵电机。待油泵工作正常后，开启送油阀将活动平台升高约10mm，以消除其自重。然后关闭送油阀，安装好试样，调整示力度盘指针使它指在零点。
3、安装拉伸试样时，可开动调位电机3以调整下夹头位置，试样安装好后就不能再启动调位电机。
4、缓慢开启送油阀，给试样平稳加载。应避免油阀开启过大进油太快。实验进行中，注意不要触动摆杆或摆锤。
5、实验完毕，关闭送油阀，停止油泵工作。破坏性实验先取下试样，再缓缓打开回油阀将油液放回油箱。非破坏性实验，自然应先开回油阀卸载，才能取下试样。