Eine 5-Achs-Maschine besitzt gegenüber einer reinen 3-Achs-Maschine eine Reihe von Vorteilen.
Man kann einerseits komplexere Teile herstellen, z.B. mit Querbohrungen und Hinterschnitten, die auf einer 3-Achs-Maschine entweder überhaupt nicht, oder nur mit mehrmaligem Umspannen bearbeitet werden können.
Zweitens können Bearbeitungsabläufe erheblich abgekürzt werden, einfachere Werkzeuge verwendet und eine bessere Oberfläche erzielt werden.
Um etwa ein Objekt aus einem Würfel zu Fräsen, müsste eine 3-Achs-Maschine die schräg stehenden Seitenflächen unzählige male im Raster abfahren, während auf einer 5-Achs-Maschine diese Flächen mit einem schräg angestellten Messerkopf in einem Durchgang plangefräst werden können.
Noch mehr Möglichkeiten ergeben sich, wenn die Stellung der Achsen zum Schwenken des Fräskopfs nicht nur angestellt, sondern gleichzeitig (simultan) während der Bewegung der X-, Y- und Z-Achsen verändert werden kann. Dann können auch Freiformflächen und zylindrisch oder sphärisch gewölbte Flächen zeitsparend (ohne Rasterung) gefräst werden.