机床具有的系统性的机械相关偏差，可以被系统记录，但由于存在温度或机械负载等环境因素，在后续使用过程中，偏差仍然可能出现或增加。在这些情况下，为了能够实现尺寸稳定的加工，就会启用补偿功能。除去刀具因素，为保证品质稳定，先进机床必须具有的几种补偿如下。
反向间隙补偿
在机床移动部件和其驱动部件，如滚珠丝杠，之间进行力的传递时会产生间断或者延迟，因为完全没有间隙的机械结构会显著增加机床的磨损，而且从工艺上讲也是难以实现的。机械间隙导致轴/主轴的运动路径与间接测量系统的测量值之间存在偏差。这意味着一旦方向改变，轴将移动得过远或过近，这取决于间隙的大小。工作台及其相关编码器也会受到影响：如果编码器位置领先工作台，它提前到达指令位置这意味着机床实际移动的距离缩短了。在机床运行，通过在相应轴上使用反向间隙补偿功能，在换向时，以前记录的偏差将自动激活，将以前记录的偏差叠加到实际位置值上。
丝杠螺距误差补偿
CNC控制系统中间接测量的测量原理基于这样一个假设：即滚珠丝杠的螺距在有效行程内保持不变，因此在理论上，可以根据驱动电机的运动信息位置推导出直线轴的实际位置。但是，滚珠丝杠的制造误差会导致测量系统产生偏差（又称丝杠螺距误差）。测量偏差（取决于所用测量系统）与测量系统在机床上的安装误差（又称为测量系统误差）可能进一步加剧此问题。为了补偿这两种误差，使可使用一套独立的测量系统（激光测量）测量CNC机床的自然误差曲线，然后，将所需补偿值保存在CNC系统中进行补偿。
摩擦补偿（象限误差补偿）和动态摩擦补偿
象限误差补偿（又称为摩擦补偿）适合上述所有情况，以便在加工圆形轮廓时大幅提高轮廓精度。原因如下：在象限转换中，一个轴以最高进给速度移动，另一轴则静止不动。因此，两轴的不同摩擦行为可能导致轮廓误差。象限误差补偿可有效地减小此误差并确保出色的加工效果。补偿脉冲的密度可以根据与加速度相关的特征曲线设置，而该特征曲线可通过圆度测试来确定和参数化。在圆度测试中，圆形轮廓的实际位置和编程半径的偏差（尤其在换向时）被量化的记录下来，并通过图形化显示在人机界面上。
垂度和角度误差补偿
如果各机床单个部件的重量会导致活动部件位移和倾斜，则需要进行垂度补偿，因为它会导致相关机床部分（包括导向系统）下垂。角度误差补偿则用于当移动轴没有以正确的角度互相对齐时（例如，垂直）。随着零点位置的偏移不断增加，位置误差也增加。这两种误差均由机床的自重，或者刀具和工件重量所导致。在调试时测得的补偿值被定量后按照相应的位置以某种形式，如补偿表，存储在ROM中。在机床运行时，相关轴的位置根据存储点的补偿值进行插补。对于每次连续路径移动，均存在基本轴与补偿轴。
温度补偿
热量可能导致机床各部分膨胀。膨胀范围取决于各机床部分的温度、导热率等。不同温度可能导致各轴的实际位置发生变化，这会对加工中的工件精度产生负面影响。这些实际值变化可以通过温度补偿抵消。各轴在不同温度的误差曲线均可定义。为了始终正确补偿热胀，必须通过功能块不断从PLC向CNC控制系统重新传递温度补偿值、参考位置和线性梯度角参数。意外参数的变化会由控制系统自动消除，从而避免机床过载并激活监控功能。国内部分先进机床已开始使用了。
空间误差补偿系统（VCS）
回转轴的位置、它们的相互补偿以及刀具定向误差，可能导致转头和回转头等部件出现系统性几何误差。此外，每个机床中进给轴的导向系统将出现小误差。对于线性轴，这些误差为线性位置误差；水平和垂直直线度误差；对于旋转轴，会产生俯仰角、偏航角和翻滚角误差。将机床组件相互对齐时，可能出现其他误差。例如，垂直误差。在三轴机床中，这意味着在刀尖上可能会产生21项个几何误差：每个线性轴六个误差类型乘以三个轴，再加三个角度误差。这些偏差共同作用形成总误差，又称为空间误差。
空间误差描述了实际机床的刀具中点（TCP）位置与理想无误差机床的刀具中点位置的偏差。仅测量单个位置的误差是远远不够的，必须测量整个加工空间内的所有机床误差。通常需要记录所有位置的测量值并绘成曲线，因为各误差大小取决于相关进给轴的位置与测量位置。例如，当y轴与z轴处于不同位置时，导致x轴产生的偏差会不同——即使在x轴的几乎同一位置也会出现误差。借助“CYCLE –运动测量”，只需几分钟即可确定回转轴误差。这意味着，可以不断检查机床的准确性，即使在生产中，也可以校正准确性。
偏差补偿（动态前馈控制）
偏差指在机床轴运动时位置控制器与标准的偏差。轴偏差为机床轴的目标位置与其实际位置的差值。偏差导致与速度相关的不必要轮廓误差，尤其在轮廓曲率变化时，如圆形、方形轮廓等。凭借零件程序中的NC高级语言命令FFWON，在沿路径移动时，可以将与速度相关的偏差减为零。通过前馈控制提高路径精度，从而获得更好的加工效果。
FFWON: 启动前馈控制的命令
FFWOF: 关闭前馈控制的命令
电子配重补偿
在极端情况下，为了防止轴下垂而对机床、刀具或工件造成损坏，可以激活电子配重功能。在没有机械或液压配重的负载轴中，一旦松开制动器，垂直轴会意外下垂。在激活电子配重后，可以补偿意外的轴下垂。在松开制动器后，靠恒定的平衡扭矩来保持下垂轴的位置。