儀器主要有菌液接種和封口裝置、讀數器/恒溫孵箱、電腦系統和測試卡等組成。
菌液接種和封口裝置的作用是將待測的樣品注入測試卡中，然后封口。不同廠家的儀器采用不一樣的技術，有的是配有真空加樣器用于菌液接種，可使卡中的所有孔接種一次完成； 有的儀器接種和封口采用熱切割器，下面接真空倉，試管中的菌懸液樣品接加樣管通過彎管與測試卡相連，在真空倉負壓的作業下，菌懸液充入到測試卡的每一反應孔中。熱切割器產生200℃以上的高溫，將接種完菌液的測試卡，齊孔在彎管處切斷并封閉。還有的儀器采用重力自加樣技術，接種均勻，保證反應孔中無氣泡殘留。儀器均在其內部裝有恒溫孵箱和讀卡器。孵育箱一般是轉盤式結構，有直立的原柱轉盤，用于放置測試卡。孵箱內由CPU控制恒溫電路，保持恒定的溫度，在箱內有光電讀數器，由光路部分發出的單色光掃描每塊測試卡的每一個孔，通過光電比色或比濁測定細菌因分解或利用底物導致的顏色或濁度的變化， 通過讀數器將該變化的吸光度值變成電信號，再由電腦分析計算。
儀器的光源是采用發射紅、藍、綠等單色光的發光二極管或鹵素燈加濾光片作光源， 每隔一定的時間掃描一次每塊測試卡的各個反應孔，獲取顯色反應的吸光度值； 用紫外線燈照射檢測熒光底物孔的反應。不同的儀器采用不同的光電轉換器件將吸光度信號和熒光信號轉變成電信號，包括光電三極管、光電倍增管及比較先進的電荷耦合器件CCD做光電轉換器。
通過機內的CPU 自動記錄和分析每次判讀的每個反應孔的結果。在存儲器中存儲的運算法則按照反應底物種類區分反應時間及判讀次數。對于藥敏試驗則通過定量分析濁度或顏色的變化，判斷每個檢測孔內微生物是否生成；儀器內的微機程序自動計算濁度變化的斜率， 并與陽性對照孔斜率比較， 再分析計算出最低抑菌濃度值(MIC) ；有的儀器其CPU會對不同種類的抗生素和不同種屬的微生物及生長的等級采用不同的特殊運算法則，較精確的判斷微生物是否生長。大多數藥敏實驗結果在6小時內完成。一般是在最后一次判讀結果后由打印機打印含有MIC值和藥物敏感性S、I、R結果的報告。
儀器均帶有條碼掃描器掃描測試卡上的條碼，將待測卡的各種信息錄入到機內的存儲器中。能自動識別卡的功能，區別鑒定和藥敏， 按照設定的時間自動孵育和讀數。
電腦系統一般安裝有較強大的軟件包: 包括( 1) 菌種資料庫。( 2) 流行病學/院內感染統計軟件: 可以提供多種流行病學統計報告。( 3) 藥品管理軟件: 其中的條件抗生素報告可以提供敏感結果，便于控制廣譜抗生素的使用， 指導合理用藥， 減少耐藥菌株的產生。并對藥敏實驗結果提供標準解釋， 指導臨床正確進行抗感染治療( 4) 專家系統軟件可以幫助解釋和檢測實驗結果。( 5) 中文報告系統軟件。軟件還帶有數據統計程序， 能進行各種統計學分析； 可以編輯不同的統計目的、范圍、時間、菌種及藥物等流行病學報告。
微生物鑒定和藥敏分析儀器的應用為快速、正確的細菌學報告創造了物質基礎, 使得細菌檢驗水平獲得了一個飛躍，是當代臨床檢驗進步的標志之一。