千分表是一种精密的通用长度测量工具，其结构主要由精密齿条齿轮机构构成。如图所示，当量杆每移动1毫米，这个微小位移会被齿条、轴齿轮1、齿轮和轴齿轮2依次放大，进而驱动安装在轴齿轮2上的指针转动一圈。这种设计使得圆表盘上的分度值可以达到0.001毫米或0.002毫米，即每格代表0.001或0.002毫米的测量精度，因此得名千分表。这一发明可追溯至1890年，美国的B.C.艾姆斯，主要用于测量形状和位置误差以及小位移的长度。
千分表的示值范围通常在0到10毫米之间，有的甚至可达100毫米。通过改变测头形状并配合相应的支架，可以衍生出不同的变种，如厚度千分表、深度千分表和内径千分表，专门用于测量孔径或沟槽等特殊形状。杠杆千分表则通过杠杆取代齿条，提供更高的灵敏度，但示值范围相对较小。它们的测头设计可使测量在一定角度范围内进行，适应于不同方向的测量，结构紧凑且适用范围广泛。
在选择使用时，千分表有纵形（T）、横形（Y）和垂直形（S）三种类型。纵形（T）适用于前后移动测量，横形（Y）适用于左右移动，而垂直形（S）则是测头垂直于刻度板的安装方式，这三种类型应根据实际测量需求来决定。
千分表是通过齿轮或杠杆将一般的直线位移（直线运动）转换成指针的旋转运动，然后在刻度盘上进行读数的长度测量仪器。