主轴作为机床的关键部件，其性能会直接影响到机床的旋转精度、转速、刚性、温升及噪音等参数，进而会影响工件的加工质量，例如零件的尺寸精度，表面粗糙度等指标。因此，为了保持的机床加工能力，需要配用高性能的轴承。用于机床主轴上的轴承精度应为ISO P5或以上（P5 或P4 是ISO的精度等，通常从低到高为P0, P6, P5, P4, P2），而对于数控机床、加工中心等高速、高精密机床的主轴支承，则需选用ISO P4或以上的精度；在主轴轴承的选型指南中说明主轴轴承包括角接触球轴承、圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承、深沟球轴承等类型。
一、精密角接触球轴承
在上述的几种轴承中，以精密角接触球轴承的使用为广泛。我们都知道角接触球轴承的滚动体是球；因为它是种点接触 （区别于滚子轴承的线接触），所以它能提供更高的转速、更小的发热量和更高的旋转精度。在些高速的主轴应用场合，还会采用陶瓷球的混合型轴承。与传统的淬透钢球相比，陶瓷球材料自身的点赋予了陶瓷球轴承具有高刚度、高转速、耐高温、寿命长的点，从而满足高客户对机床轴承产品的需求。
就角接触球轴承的接触角而言，目前比较流行的是15°和25°的接触角；通常15°的接触角具有比较高的转速性能，而25°的接触角具有较高的轴向承载能力。由于预载的选择对于精密角接触球轴承应用的影响非常大，例如，在高承载、高刚性的场合，般会选用中型或重型的轴承预载；而针对些高转速、高精度的应用场合，我们在轴承的早期选型中，需要注意选择合适的预载，般轻预载比较常见。预载般分成轻型、中型、重型三种；为了方便客户的使用，目前世界上的几大轴承制造商都普遍提供预先研磨轴承面而加预载的轴承，也就是我们通常所说的配对精密角接触球轴承形式。该类轴承免去了客户的预载调节，从而节省了安装时间。
二、精密圆锥滚子轴承
在些重载且对速度有定要求的机床应用场合中---如锻件的荒磨、石油管道的车丝机、重型车床和铣床等，选择精密圆锥滚子轴承是种比较理想的方案。由于圆锥滚子轴承的滚子是线接触的设计，因此它能为主轴提供很高的刚性和承载；另外，圆锥滚子轴承是种纯滚动的轴承设计，它能很好的降低轴承运转扭矩和发热，从而确保主轴的转速和精度。由于圆锥滚子轴承能够在安装过程中调节轴向预载（游隙），这能让客户在轴承的整个使用周期中更好地优化轴承游隙调节。
对于圆锥滚子轴承的精度选择而言，ISO P5的轴承主要应用在传统的车床和铣床中；如果是加工中心、磨床等应用，通常会选择ISO P4或以上的精密轴承。在主轴设计中，比较常见的圆锥滚子轴承布局有两种。种是前和后各采用个圆锥滚子轴承，并采用面对面的安装方式；这类设计结构紧凑，刚度高且便于安装和调节。二种是采用两个圆锥滚子轴承面对面安装作为主轴的前，而后使用个双外圈、两个单内圈的轴承（TDO）作为浮动使用；由于具有浮动能力，这类设计能很好的承受主轴的轴向热膨胀，且刚度很高，保证了机床的精度。
三、精密圆柱滚子轴承
在机床主轴的应用中，双列精密圆柱滚子轴承也会被使用到，通常与精密角接触球轴承或推力轴承组合应用。此类轴承能承受较大的径向载荷并允许有较高的转速。轴承中的两列滚子以交叉方式排列，旋转时波动频率比单列轴承大幅提高，振幅降低60%~70％。此类轴承通常有两种形式：NN30、NN30K两个系列轴承内圈带挡边，外圈可分离；NNU49、NNU49K两个系列轴承外圈带挡边，内圈可分离，其中NN30K和NNU49K系列内圈为锥孔（锥度1：12），与主轴的锥形轴颈配合，轴向移动内圈，可使内圈胀大，这样轴承游隙可以被减小甚至预紧轴承（负游隙状态）。圆柱孔轴承通常采用热装，利用过盈配合减小轴承游隙，或者预紧轴承。对内圈可分离的NNU49系列轴承，般在内圈装上主轴后再对滚道精加工，以提高主轴旋转精度。
四、精密深沟球轴承
在机床主轴的应用中，精密深沟球轴承也会被使用到。该类轴承一般只用来承受径向载荷，由于游隙不可调，所以常用于精度要求不高、不需预紧的场合，如普通钻床主轴等。角接触球轴承通常是配对使用，对空间占用较大，而深沟球轴承可以通过预紧力实现一个小角度的角接触，预紧了的轴承可以同时消除轴向与径向的游隙，成倍提高主轴精度甚至可以通过运转受灾载后进一步提高轴承精度。并且主轴运转时的噪音也改善很多。所以精密深沟球轴承也可以做普通钻床的主轴轴承。