UTM试验机包括一个或多个垂直承载的立柱，立柱上安装一个固定的水平基座，顶部还有一个可移动的水平十字头（十字横梁）。现在的UTM试验机，立柱上通常还有滚珠丝杠用以固定可移动的十字头。UTM的大小用框架的最大承载水平和测量载荷/拉力的测力计来共同表征。测力计附在依靠电动马达或液压装置驱动的可移动的十字头上。带夹具的系列测力计测量力的大小，可以通过数字显示器或PC机显示结果。很多UTM具有可互换的测力计，因此可以与所测试的不同材料匹配。静态试验利用标准的电子万能试验机来进行，通常加载速度范围为0.001~20in./min（1in.=2.54cm）。动态试验或循环试验如裂纹增长和疲劳试验通常利用液压伺服系统UTM试验机来进行，时间较长，载荷较低。
早期的UTM试验机具有类似的电子元器件和记录仪。现在已经被数控设备和PC软件代替。新的自动控制设备可以运行试验，还能显示数据，有时甚至是边运行边记录。以前的记录仪，包括PC软件之前的数字显示时代，用户得到的测试信息都是载荷/变形曲线，Y轴表示应力，X轴表示形变。这些曲线还需要对其进行计算和解释。最新的系统仍然能提供这些曲线，但是同时还能对数据进行计算，如屈服强度、破坏强度和模量等数据。
目前，利用万能试验机所测试的最常见的项目是拉伸强度和拉伸模量、弯曲强度和模量。按照ASTMD638和ISO527进行拉伸试验时，样条的两端都有夹具夹紧，一个夹具是静止的，另一个固定在十字头上，背离固定夹具移动，牵引样条直至样条出现断裂，断裂时十字头会自动停止。弯曲试验时（ASTMD790、D6272以及ISO178），样条被放在试验机固定机床的两个支座上。这个试验中，十字头移动的方向与拉伸试验中移动方向相反，向一个没有支撑的中心推动而不是牵引样条，直至样条弯曲甚至断裂。因为多数热塑性塑料材料不会在这个试验中断裂，所以不可能计算断裂弯曲强度。因而，标准的试验方法要求计算应变为5%时的弯曲应力。
压缩试验一般很少应用UTM试验机，尽管这在ASTMD1621和ISO844标准中对刚性塑料泡沫而言是一项主要的试验。UTM试验机还能用于任何形状的注塑产品如瓶子的压碎试验，在一定高度将样品摔碎或使其变形所需的应力值即压缩强度值。
据UTM供应商统计，对于塑料材料而言，剪切试验更不多见。剪切强度值是将样品放在冲床型的剪切装置里测得的。冲击速度为0.005in./min，直至样品的可移动部分完全将固定部分露出来。剪切强度值为应力/剪切面积的值。这在薄膜材料和片材产品中很重要，因为这种类型的破坏容易出现在这类产品中，但是这并不是其他挤出和注塑产品设计时考虑最多的因素。按照ASTMD732（没有等同的ISO标准）标准进行试验时，常用的试样是塑料片材或0.005~0.500in.厚的注塑碟片。