Mehrstellenmesseinrichtungen sind Sondermessmaschinen oder -vorrichtungen zur schnellen synchronen Erfassung einer Vielzahl von Messwerten mit einer Vielzahl von berührenden oder berührungslosen Messwertaufnehmern. Die Mehrstellenmesstechnik ist grundsätzlich werkstückspezifisch bzw. aufgabenspezifisch aufgebaut. Sie dient für statische und dynamische Messaufgaben zur Geometrieprüfung von Werkstücken in der Serie sowie zur statistischen Prozesssteuerung, mit der der Zustand der Bearbeitungsmaschinen oder von Prozessen überwacht wird. 
Eine Messeinrichtung umfasst stets eine Werkstückhalterung mit entsprechenden Handhabungen, Messschlitten und Messtaster unterschiedlicher Bauart mit elektrischer oder pneumatischer Zustellung sowie einen Messrechner zur Messwerterfassung, Auswertung, Visualisierung und Datenspeicherung. Der Aufbau erfolgt häufig mit standardisierten Komponenten im Baukastensystem.

Das Werkstück wird in einer Werkstückhalterung fixiert. Die werkstückspezifisch angeordneten Messtaster sind typischerweise auf einem Messschlitten angeordnet, der manuell oder automatisch zugestellt wird. Die Messtaster sind im Messkopf beweglich gelagert und werden z. B. pneumatisch oder durch Federkraft gegen das Werkstück gedrückt und tasten die Werkstückoberfläche permanent an. Ebenso können berührungslose Sensoren verwendet werden, auch Kombinationen von berührenden und berührungslosen Wegaufnehmern sind möglich. 
Rotationssymmetrische oder wellenförmige Werkstücke werden entweder stehend oder liegend eingespannt und während der Messung in Umfangsrichtung gedreht. Sie können während der Messung rotieren oder sie werden in vorprogrammierten Positionen gestoppt und vermessen. Die Messwerte werden von einem Messrechner erfasst, ausgewertet, visualisiert und ein Prüfentscheid gefällt, ob das Werkstück die vorprogrammierten Sollwerte erfüllt. 
Beim Einsatz als Post-Prozess-Messeinrichtung ist die Messstation entweder unmittelbar in die Bearbeitungsstation integriert oder als separate Messstation einer Prozess- und Bearbeitungsstation nachgeordnet. Bei jedem Fertigungsschritt kann die Produktqualität durch systematische oder zufällige Fehler beeinträchtigt werden, die an verschiedenen Stellen zu Abweichungen der Bauteilgeometrie führt. Zufällige Fehler wie z. B. Maschinenschwingungen, treten herstellungsbedingt auf und sind kaum korrigierbar. Im Gegensatz dazu lassen sich systematische Abweichungen z. B. durch Werkzeug- oder Maschinenverschleiß, Temperaturänderungen oder Spannfehler der Bearbeitungsmaschine mit Hilfe einer regelmäßigen Mehrstellenmessung erkennen. Durch Auswertung und Speicherung einer Vielzahl von Daten lassen sich solche systematische Abweichungen lokalisieren und durch geeignete Korrekturmaßnahmen reduzieren oder völlig beheben.