Os atuadores lineares de pilha de ímãs permanentes são baseados em motores de passo de pilha de ímãs permanentes, que consistem em dois estatores (e, portanto, duas bobinas) empilhados um sobre o outro. Os polos de cada estator têm um design em "dente de garra" e são deslocados um do outro por metade do passo polar. O rotor consiste em um ímã permanente e possui o mesmo número de pares de polos que cada bobina.

O design empilhado dos dois estatores, ou cilindros, permite a indução de quatro posições distintas para cada passo polar. Um projeto comum para atuadores de cilindros empilhados possui 24 polos em cada bobina, ou fase. Com 24 polos ao redor de um cilindro de 360 ​​graus, o passo entre os polos em um único estator é de 15 graus. Mas como os dois estatores são deslocados em ½ passo polar, há 7,5 graus (½ de 15) entre os polos em cada estator. Isso significa que, quando os estatores são energizados individualmente, o motor gira 7,5 graus a cada passo, ou pulso de energização. A sequência em que as fases são energizadas determina o sentido de rotação, e a frequência dos pulsos determina a velocidade de rotação.

Para criar um atuador linear a partir de um motor de passo com rotor empilhado, o rotor é rosqueado e um parafuso (normalmente um parafuso de avanço) é integrado a ele, de modo que se estenda e retraia conforme o motor gira. Existem três projetos comuns para atuadores lineares com rotor empilhado. Quando o parafuso é fixado por um dispositivo – interno ou externo ao motor – que impede sua rotação, o atuador é chamado de atuador linear cativo. Mas os fabricantes também oferecem atuadores não cativos, nos quais o parafuso gira junto com o motor. Quando um projeto não cativo é usado, a rotação é normalmente impedida pelo projeto da aplicação. No terceiro projeto de atuador com rotor empilhado, o parafuso não se estende e retrai. Em vez disso, a porca é externa ao motor e se move ao longo do parafuso conforme o motor e o parafuso giram juntos.

Assim como outros motores de passo, os atuadores lineares empilháveis ​​são comumente operados em modo de malha aberta. Embora os motores de passo apresentem erro de passo (± 0,5 graus, por exemplo), esse erro não se acumula ao longo de múltiplos passos, o que permite uma boa precisão de posicionamento. Muitos projetos podem operar em modos de passo completo, meio passo ou micropasso. Os atuadores lineares empilháveis ​​também aproveitam o torque de retenção do motor de passo para manter a posição, mesmo quando não há alimentação de energia para o motor.

As aplicações industriais para atuadores lineares empilháveis ​​incluem equipamentos de diagnóstico médico e bombas. Mas as aplicações adequadas para esses atuadores lineares pequenos e precisos variam de dispositivos de consumo, como impressoras e copiadoras, a aplicações militares para posicionamento de radares e antenas.