取芯鉆頭的構造主要由鉆頭主體、切削部分和芯管組成。鉆頭主體一般采用高強度的合金材料，以確保在不同地質條件下也能保持良好的耐磨性和強度。切削部分通常是鉆頭的*前端，形狀與實際使用的場所有密切關系。一般來說，切削部分的設計會根據不同的地層硬度、土壤類型及所需取出的芯樣類型進行優化。
核心管是另外一個關鍵的組成部分，它的作用是收集到的巖心樣本。核心管的內徑和外徑通常采取相同的設計，使得取出的巖心樣本能夠完整無損地保留。
取芯鉆頭的工作原理可以概括為兩個主要過程：切削與取樣。
在鉆探時，取芯鉆頭借助于鉆機的旋轉和下壓力，在切削部分的幫助下，逐層切削地層表面。鉆頭的旋轉速度、鉆壓、進給率等參數都會直接影響到切削的效率和質量。通常情況下，鉆頭的旋轉速度越快，切削效率越高，但這也亟須平衡與鉆頭的耐磨性。在鉆探深度增加時，地層的硬度和巖石結構往往會變得復雜，這就要求取芯鉆頭具備更高的切削能力，甚至在某些情況下需要更換不同類型的鉆頭。
隨著鉆頭不斷深鉆，巖石逐漸被切割并填充到芯管中。在達到預定深度后，鉆頭便會停止工作，并通過提升鉆具將芯管提取到地面。此時，巖心樣本就會被完整地保留在芯管內，以便于后續的檢測與分析。在這個過程中，確保樣本的完整性至關重要，任何過程中的振動或沖擊都有可能影響到巖心的狀況。
根據不同的應用需求，取芯鉆頭可以分為多種類型。以下是一些常見的取芯鉆頭類型及其特點：
金剛石取芯鉆頭因其超高的硬度而廣泛用于堅硬巖石的勘探。這種鉆頭表面鑲嵌了上等的金剛石顆粒，其切削性能和耐磨性非常出色，能夠應對極為艱難的地質環境。
合金取芯鉆頭一般采用整體焊接或表面噴涂合金材料，主要用于較軟的土層或不太堅硬的巖石。盡管其切削力不如金剛石鉆頭，但在成本和壽命上較為平衡，非常適合中等硬度地層的鉆探需求。
雙頭取芯鉆頭一般用于需要較大開口和更快取樣的情況。它的設計使得鉆頭可同時從兩個方向進行切削，能夠顯著提高取樣效率，但同時對鉆機的穩定性要求更高。
