電主軸由無外殼電機、主軸、軸承、主軸單元殼體、驅動模塊和冷卻裝置等組成。電機的轉子采用壓配方法與主軸做成一體，主軸則由前后軸承支承。電機的定子通過冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。主軸的變速由主軸驅動模塊控制，而主軸單元內的溫升由冷卻裝置限制。在主軸的后端裝有測速、測角位移傳感器，前端的內錐孔和端面用于安裝刀具。

由于電主軸將電機集成于主軸單元中，且轉速很高，運轉時會產生大量熱量，引起電主軸溫升，使電主軸的熱態特性和動態特性變差，從而影響電主軸的正常工作。因此，需要采取措施控制電主軸的溫度，使其恒定在值內。機床一般采取強制循環油冷卻的方式對電主軸的定子及主軸軸承進行冷卻，即將經過油冷卻裝置的冷卻油強制性地在主軸定子外和主軸軸承外循環，帶走主軸高速旋轉產生的熱量。機床另外，為了減少主軸軸承的發熱，還須對主軸軸承進行合理的潤滑。