Einfache 2D-CAD-Systeme sind vektororientierte Zeichenprogramme. Zeichnungselemente sind Punkte, Linien, Linienzüge, Kreisbögen, Splines. Werkzeuge ermöglichen das Erzeugen, Positionieren, Ändern und Löschen von Zeichnungselementen. Die Arbeitsweise unterscheidet sich wenig von der klassischen Arbeit am Zeichenbrett. Wesentliche Fortschritte werden durch die Verwendung von Ebenen (Layertechnik) und die Arbeit mit vordefinierten Symbolen (etwa für Norm- und Wiederholteile) erreicht. Komplizierte Berechnungen von Präzisionsmaßen entfallen da die CAD-Programme um ein Vielfaches genauer sind als eine klassische Zeichnung am Zeichenbrett.

Dreidimensionales CAD 

Das Ziel eines 3D CAD-Systems ist die Darstellung der Geometriedaten der Konstruktionsobjekte in 3 Konstruktionsachsen und die Erstellung eines Volumenmodells. Dabei sind die folgenden Modellierungsverfahren verbreitet

• Kantenmodell oder Drahtmodell – dabei werden die Körperkanten als gedachte Drahtgeometrie durch eine mathematische Beschreibung abgebildet. Häufig bildet das Drahtmodell die Basis für die Erstellung des Flächenmodells. Gedanklich spannt man ein Netz oder etwas Stoff über die Körperkanten bzw. den Stützdraht und erhält so das Flächenmodell, was man in vielen CAD Programmen in beliebiger Ansicht betrachten kann.So entstehen zum Teil pompöse 3D-Modelle, zum Beispiel von Bauwerken.

• Flächenmodell – dabei werden die den Körper begrenzenden Flächen durch eine mathematische Beschreibung, zum Beispiel durch NURBS-Flächen beschrieben. Zusätzlich wird in der Regel noch die Topologie der Flächen, das heißt, welche Fläche grenzt an welche andere Fläche, mit abgespeichert.
• Volumenmodell – Neben den beschreibenden Flächen eines Körpers, wird die Information gespeichert, auf welcher Seite der jeweiligen Fläche sich Materie befindet, d.h. die Fläche ist eine Begrenzungsfläche eines Volumens. Die Volumenbeschreibung dient einerseits zur Feststellung von Durchdringungen, sowie zur Volumenbestimmung eines dargestellten Körpers.
• Körpermodell – Hierbei handelt es sich um ein technologisches Modell, das zum einen alle anderen Modelle vereinigt und zusätzliche Information bezüglich des Werkstoffes und der Oberflächenbeschaffenheit hält. Ein Körpermodell besteht also aus Kanten, Flächen, dem dazugehörigen Volumen und nicht-geometrischen Informationen.
• Konstruktionshistorie – Das Konstruktionsobjekt wird durch eine Reihe von Konstruktionsschritten (wie zum Beispiel Vereinen, Schneiden) aus Grundgeometrien wie Quader, Zylinder, Kegel, hergeleitet. Die Reihenfolge der Konstruktionsschritte sowie die geometrischen Parameter der Grundkörper werden gespeichert. Ein wesentlicher Vorteil des history-basierten Modellierens ist die hohe Flexibilität. Durch Änderungen an den einzelnen Konstruktionsschritten kann die Geometrie auch im Nachhinein vielfältig geändert werden, wenn die Konstruktionslogik der Erstellungslogik im CAD-System folgt.

Ein weiteres Merkmal moderner CAD-Systeme ist die Möglichkeit einer weitgehenden Assoziativität zwischen verschiedenen Geometrieelementen und besonders zwischen dem 3D-Objekt und der davon abgeleiteten Zeichnung. Beispielsweise kann durch Änderung des Durchmessermaßes an der Zeichnung einer Bohrung das 3D-Modell des Teiles der Baugruppe, in der das Teil verbaut ist, modifiziert werden – darüber hinaus gleichzeitig aber auch das für die Fertigung erforderliche Werkzeug.