QCM主要由石英晶体传感器、信号检测和数据处理等部分组成。石英晶体传感器的基本构成大致是：从一块石英晶体上沿着与石英晶体主光轴成35°15'切割(AT—CUT)得到石英晶体振荡片，在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，石英晶体夹在两片电极中间形成三明治结构。在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

石英晶体微天平的其他组成结构在不同型号和规格的仪器中也不尽相同，可根据测量需要选用或联用。一般附属结构还包括振荡线路、频率计数器、计算机系统等；电化学石英晶体微天平在此基础上还包括恒电位仪、电化学池、辅助电极、参比电极等；另外经常加装一些辅助输出设备，例如显示器、打印机等。

QCM-D技术的核心是石英晶体传感器，它由石英晶体夹在两片电极中间形成三明治结构。在电极两端加入一个交流电压，在传感器的共振频率处引发一个小的剪切振动，当交流电压关闭后，振动呈指数衰减，这个衰减被记录下来，得到共振频率(f)和耗散因子(D)两个参数。

对于薄层硬质薄膜，可以使用Sauerbrey关系和公式，根据传感器振动计算吸附层的质量。当沉积的薄膜松散和粘性时，能量通过薄膜上的摩擦被消耗，传感器的振动发生衰减，耗散因子提供了传感器上吸附的薄膜的结构信息。通过使用多个频率和耗散因子数据，使用粘弹性模型而非Sauerbrey关系，可以计算得到质量、厚度、粘度和弹性。