Les actionneurs linéaires à empilement de bobines sont basés sur des moteurs pas à pas à empilement de bobines, une forme de moteurs pas à pas à aimant permanent composés de deux stators (et donc de deux bobines) superposés. Les pôles de chaque stator sont de type « dent de griffe » et décalés l'un de l'autre d'une moitié du pas polaire. Le rotor est constitué d'un aimant permanent et possède autant de paires de pôles que chaque bobine.

La conception empilée des deux stators, ou cylindres, permet d'obtenir quatre positions distinctes pour chaque pas polaire. Un actionneur à empilement de cylindres standard comporte généralement 24 pôles par bobine, ou phase. Avec 24 pôles autour d'un cylindre de 360°, le pas entre les pôles d'un stator est de 15°. Cependant, les deux stators étant décalés d'un demi-pas polaire, l'écart entre les pôles de chaque stator est de 7,5° (la moitié de 15°). Ainsi, lorsque les stators sont alimentés individuellement, le moteur effectue une rotation de 7,5° à chaque impulsion d'alimentation. L'ordre d'alimentation des phases détermine le sens de rotation, et la fréquence des impulsions détermine la vitesse de rotation.

Pour transformer un moteur pas à pas cylindrique en actionneur linéaire, le rotor est fileté et une vis (généralement une vis-mère) y est intégrée. Celle-ci se déploie et se rétracte au rythme de la rotation du moteur. Il existe trois conceptions courantes d'actionneurs linéaires cylindriques. Lorsqu'une vis est bloquée par un dispositif – interne ou externe au moteur – qui empêche sa rotation, l'actionneur est dit captif. Les fabricants proposent également des actionneurs non captifs, dans lesquels la vis tourne avec le moteur. Dans ce cas, la rotation est généralement empêchée par la conception même de l'application. Dans la troisième conception, la vis ne se déploie ni ne se rétracte. L'écrou, externe au moteur, se déplace le long de la vis lorsque le moteur et la vis tournent ensemble.

Comme les autres moteurs pas à pas, les actionneurs linéaires à empilement de barrettes fonctionnent généralement en boucle ouverte. Bien que les moteurs pas à pas présentent une erreur de pas (± 0,5 degré, par exemple), cette erreur ne s'accumule pas sur plusieurs pas, ce qui garantit une bonne précision de positionnement. De nombreux modèles peuvent fonctionner en mode pas entier, demi-pas ou micro-pas. Les actionneurs linéaires à empilement de barrettes exploitent également le couple de maintien du moteur pas à pas pour maintenir la position, même en l'absence d'alimentation.

Les actionneurs linéaires empilables trouvent des applications industrielles dans les équipements de diagnostic médical et les pompes. Cependant, ces petits actionneurs linéaires de précision conviennent à un large éventail d'applications, allant des appareils grand public tels que les imprimantes et les photocopieurs aux applications militaires pour le positionnement des radars et des antennes.