Parallelkinematik-Roboter basieren auf einer Kinematik, bei der die Greiferplattform von drei bis sechs parallel angeordnete Linearachsen oder Gelenkarmen geführt wird, die in einer festen Basis gelagert sind. Durch die parallele Anordnung bilden die Achsen eine geschlossene kinematische Kette, was gegenüber Vertikal- oder Hoizontal-Knickarmrobotern eine höhere Wiederholgenauigkeit und Steifigkeit der Konstruktion ermöglicht, jedoch nur einen relativ begrenzten Arbeitsraum. 
Abhängig von der Achszahl ist die Bezeichnung Tripod-Roboter für dreiachsige und Hexapod-Roboter für sechsachsige Kinematiken mit parallelen Linearachsen gängig. Auch der Aufbau von Hybridrobotern ist möglich, bei denen die Greiferplattform mit weiteren seriellen Handachsen ausgestattet wird. Kinematiken für hohe Belastungen sind aus drei, vier oder sechs Linearachsen aufgebaut, die eine hohe Stabilität, jedoch nur geringe Geschwindigkeit und Dynamik ermöglichen.
Kinematiken für schnelle Pick-and-Place-Aufgaben, die z. B. auch als Delta-Roboter bezeichnet werden, verfügen typischerweise über drei bis vier Gelenkachsen mit stationären Antrieben. Durch die Möglichkeit, die Antriebe außerhalb der Armkinematik anzuordnen, haben diese Parallelkinematiken nur geringe bewegte Massen und können eine sehr hohe Geschwindigkeit und Dynamik erreichen.

Die Arme der Roboterkinematik sind in einem gemeinsamen Grundrahmen gelagert, der entweder hängend montiert oder auf den Boden gestellt wird. Die dreidimensionale Bewegung der Greiferplattform in YXZ-Richtung erfolgt über die koordinierte Ansteuerung aller Motoren, wobei sich die Plattform auch kippen lässt. Zusätzlich kann die Greiferplattform mit weiteren Achsen ausgestattet sein. 
Für hohe Kräfte, die typischerweise bei Hexapod-Robotern gefordert sind, wird die Bewegung der Arme in Längsrichtung z. B. durch den Einsatz von Spindeltrieben in den Achsen erzeugt. 
Bei Delta-Robotern zur schnellen Handhabung sind die Antriebsmotoren für den Oberarm fest im Grundrahmen gelagert und gelenkig mit den antriebslosen Unterarmen verbunden, wodurch die bewegte Masse der Arme auf ein Minimum reduziert wird.