貨物儲存係統是自動化立體倉庫的基礎，主要由立體貨架的貨格（托盤或者貨箱）組成。立體貨架機械結構可以分為分離式、整體式和櫃式三種。按貨架高度可以分為高層貨架（15米以上）、中層貨架（5～15米）和低層貨架（5米以下），按照貨架形式可以分為單元貨架、重力貨架、活動貨架和揀選貨架等。貨架按照排、列、層組合構成立體倉庫的儲存係統。
國外自動化倉庫利用自動識別技術推進貨物存放的科學化和規範化已經日益普遍。
貨架的貨格分別貼有各種條形碼標簽，標有條形碼的貨物可以分別放在貼有條形碼標簽的貨格中。通過掃描器的掃描，可以提高貨物的存放速度和精度。因此，這些自動化倉庫的組織管理水平也較高。
2.貨物存取係統
自動化倉庫內的貨物如何存取，不僅關係到貨物的周轉效率，而且關係到自動化倉庫的建築結構的設計方案。存取裝置要具有高空存儲作業的性能，操作要安全、準確，既能自動化作業，又能實現遙控作業。貨物存取裝置主要有吊車、叉車和堆垛機等。其中堆垛機在現代自動化立體倉庫中應用最為廣泛。堆垛機在自動化倉庫使用的初期以橋式堆垛機為主，這種堆垛機通過在大梁上懸掛一個門架，利用門架的上下和旋轉運動來搬運貨物。隨著自動化倉庫技術的發展，橋式堆垛機逐漸被巷道式堆垛機替代。由於應用領域的不斷擴展，堆垛機的技術性能得到不斷提高，結構也更趨先進。如國外自動化倉庫中使用的三向伸展堆垛機，既能從地麵提取貨物，又能從貨架上提出貨物，還能在1～2米的巷道中運行，搬運不同形式的托盤和包裝件。
近年來，國外的自動化倉庫開始應用貨物存取係統，這種存取係統是以單個的裝卸機械為主，配以先進的識別裝置和控製裝置等，組成一個專用的貨物存取單元。如專門存取微型貨物的微型存取係統，專門存取小件貨物的小型存取係統等。
3.貨物輸送係統
自動化倉庫采用什麼樣的輸送裝置，需要根據貨物的類型、裝運條件和倉庫的結構等因素來決定。自動化倉庫中的貨物輸送裝置主要有傳送帶、各種流動小車以及自動導引小車等，短距離的傳送還可以采用機器人。
自動導引小車是自動化倉庫中的一種比較先進的貨物輸送裝置，是裝有電磁或者光學導引裝置的運輸車輛，能夠沿著規定的導引路線行駛，將貨物送到規定的地方。20世紀60年代初，美國在自動化倉庫中首先使用自動導引小車，經過多年的研究和推廣應用，自動導引小車的結構、技術性能和應用水平均有了較大的提高。目前的自動導引小車不僅可以將貨物自動傳送到規定地點，而且能自動識別、自動尋找最佳路徑，自動精確定位以及自動排除輸送過程中的障礙。
機器人作為自動化倉庫的輸送工具已經比較普遍。國外自動化倉庫中的機器人，其抓取質量大部分都在10～60千克，一般的提升速度都在0.6～1.5米/秒，水平移動速度則在0.6～2米/秒，回轉速度多在0.3～0.5米/秒，定位精度則在0.6～3毫米，操作半徑多在0.5～2米。這類機器人基本上是靠鐵軌製導或者引線製導實現定向移動。它們的應用既減輕了手工搬運的勞動量，又提高了自動化倉庫的輸送效率。
隨著自動化倉庫技術的發展，輸送裝置不斷向自動輸送係統發展。這種自動輸送係統是以各種搬運車輛或者機器人為主，配以統計計量裝置和自動識別裝置以及完善的控製係統組合而成。自動輸送係統不僅能獨立地完成各種輸送任務，而且能夠根據不同情況或者輸入的信息對輸送路徑和速度作出最佳選擇，並能對貨物自動堆碼和捆包。
4.控製和管理係統
根據自動化立體倉庫的不同情況可采用不同的控製方式。有的倉庫隻采取對存取堆垛機、出入庫輸送機的單台PLC控製，機與機之間無聯係；有的倉庫隻對各單台機械進行聯網控製。更高級的自動化立體倉庫的控製係統則采用分布式控製，即由管理計算機、中央控製計算機和直接控製堆垛機、出入庫輸送機等現場設備的可編程序控製器組成控製係統。
管理計算機是自動化立體倉庫的管理中心，承擔著出入庫管理、盤庫管理、查詢、打印及顯示、倉庫經濟技術指標計算分析等功能，包括在線管理和離線管理。
中央控製計算機是自動化立體倉庫的控製中心。它溝通並協調管理計算機、堆垛機、出入庫輸送機等設備之間的聯係，控製和監視整個自動化立體倉庫的運行，並根據管理計算機或者自動鍵盤的命令組織流程，以及監視現場設備運行情況和現場設備狀態、監視貨物流向和收發貨顯示，與管理計算機、堆垛機和現場設備通信聯係。還具有對設備進行故障檢測及查詢顯示等功能。