數控系統的故障可按故障的性質、表象、原因或后果等分類。
(1) 以故障發生的部位，分為硬件故障和軟件故障。硬件故障是指電子、電器件、印制電路板、電線電纜、接插件等的不正常狀態甚至損壞，這是需要修理甚至更換才可排除的故障。而軟件故障一般是指PLC邏輯控制程序中產生的故障，需要輸入或修改某些數據甚至修改PLC程序方可排除的故障。零件加工程序故障也屬于軟件故障。嚴重的軟件故障則是數控系統軟件的缺損甚至丟失，這就只有與生產廠商或其服務機構聯系解決了。
(2) 以故障出現時有無指示，分為有診斷指示故障和無診斷指示故障。當今的數控系統都設計有內置的自診斷程序，時實監控整個系統的軟、硬件性能，一旦發現故障則會立即報警或者還有簡要文字說明在屏幕上顯示出來，結合系統配備的診斷手冊不僅可以找到故障發生的原因、部位，而且還有排除的方法提示。機床制造者也會針對具體機床設計有相關的故障指示及診斷說明書。上述這兩部分有診斷指示的故障加上各電氣裝置上的各類指示燈使得絕大多數電氣故障的排除較為容易。無診斷指示的故障一部分是上述兩種診斷程序的不完整性所致(如開關不閉合、接插松動等)。這類故障則要依靠對產生故障前的工作過程和故障現象及后果，并依靠維修人員對機床的熟悉程度和技術水平加以分析、排除。
(3) 以故障出現時有無破壞性，分為破壞性故障和非破壞性故障。對于破壞性故障，損壞工件甚至設備的故障，維修時不允許重演，這時只能根據產生故障時的現象進行相應的檢查、分析來排除之，技術難度較高且有一定風險。如果可能會損壞工件，則可卸下工件，試著重現故障過程，但應十分小心。
(4) 以故障出現的或然性，分為系統性故障和隨機性故障。系統性故障是指只要滿足一定的條件則一定會產生的確定的故障；而隨機性故障是指在相同的條件下偶爾發生的故障，這類故障的分析較為困難，通常多與機床機械結構的局部松動錯位、部分電氣工件特性漂移或可靠性降低、電氣裝置內部溫度過高有關。此類故障的分析需經反復試驗、綜合判斷才可能排除。
(5)以設備的運動品質特性來衡量，則是設備運動特性下降的故障。在這種情況下，設備雖能正常運轉卻加工不出合格的工件。例如設備定位精度超差、反向死區過大、坐標運行不平穩等。這類故障必須使用檢測儀器確診產生誤差的機、電環節，然后通過對機械傳動系統、數控系統和伺服系統的佳化調整來排除。