毛瑟兄弟设计的毛瑟式枪机安全、简单、坚固和可靠，甚至于直到今天，大多数的旋转后拉式枪机都是根据毛瑟兄弟所设计的原理来设计的。在枪机上有三个凸笋，两个在枪机头部，另一个在枪机尾部。前面的两个凸笋就是闭锁凸笋，进入枪管尾有些人把尾部的凸笋误认为是第三个闭锁凸笋，但实际上它只是一个保险凸笋，并不接触机匣上的闭锁台肩。枪机组很空易从机匣中取出，在机匣左侧有一个枪机卡榫，打开后就能旋转并拉出枪机。
毛瑟式枪机的另一个著名特征是它的拉壳钩，有一个结实、厚重的爪式拉壳钩在枪弹一离开弹仓时就立即抓住弹壳底缘，并牢固地控制住枪弹直到抛壳为止。这项技术被称为“受约束供弹”（controlled round feeding），是保罗·毛瑟在1892年时的重要发明，由于拉壳钩并不随枪机一起旋转，因而避免了出现上双弹的故障。
拉机柄牢固地安装在枪机体上，在89式步枪之前的拉机柄在固定在枪机中部，从89式开始参考了李-恩菲尔德的设计而改为固定在枪机后部，直到98式步枪为止，这个拉机柄在枪机闭锁时都是呈水平状态向右直伸而出，只有少数特殊型号（卡宾枪、狙击型和自行车步枪）才是下向弯曲。在1924年研制的标准型步枪上，有部分标准型仍然是使用直拉机柄，直到98k短卡宾枪开始，才统一让拉机柄向下弯曲。下弯式拉机柄不但使步枪在携带时更方便，不容易绊上杂物，而且也使枪机操作时更舒适。
枪机上有一个泄气孔，当发生炸膛时可以泄出高压气体从而减小受损程度，保护射手。这个泄气孔还有另一个功能，就是在开锁前先释放掉一部分火药气体，当打开枪机抛壳时就不会有灼热的气体扑向射手的面部。
由于枪弹击发后，弹壳膨胀而紧贴弹膛，会使射手抽壳困难或容易抽断壳，因此在枪机内有一个小小的枪机回缩器，在枪机旋转打开的旋转到最后一个阶段时，在机匣后桥上的凸轮作用下造成预抽壳。
毛瑟式枪机是击针击发式，当枪机旋转打开时，击针后移处于待发状态，使枪机能够平滑地拉动。击针尾部从枪机后部突出，因此其待击状态可通过视觉直接观察到。如果击针尾突出了约12毫米，就表示其处于待击状态；如果只是突出约6毫米，则表示不在待击状态。在夜晚看不到待击状态时，可通过手触摸而感觉出来。
毛瑟式枪机是标准的四个动作枪机，这种系统与英国的李-恩菲尔德枪机比较，操作时间稍长，射手必须移动整只手臂来装弹，而李-恩菲尔德的射手只需要活动手腕就能完成装弹动作。因此毛瑟步枪的实际射速为一分钟10发，而李-恩菲尔德步枪却能达到一分钟15发。
保险杆位于枪机后上方，用右手拇指可以很容易地操作，保险杆有三个操作位置：当保险杆拨到右边时，同时会锁住击发阻铁和枪机体，此时步枪既不能射击，也不能打开枪机；当保险杆拨到中央位置（向上抬起）时，只是锁住阻铁，步枪不能击发，同时挡住瞄准线，但枪机可以打开，能进行装填或清空弹仓的操作；当保险杆拨到左边位置时，只要扣动板机步枪就能发射。扳机为两道火式的设计，既安全又可靠。
双排固定式弹仓是98式步枪的另一个著名特征，枪弹通过机匣顶部的抛壳口装入。装填枪弹有两种方法，最快的方法就是用桥夹。每条桥夹装5发枪弹，刚好够装满一个弹仓，在机匣环上方有机器切削出来的桥夹导槽，打开枪机后，可以把夹满枪夹的桥夹插在导槽上，然后把5发枪弹用力压进弹仓内。压完弹后，空的桥夹可以用手拨出，但如果不用手拨，在关闭枪机时也会强行抛出桥夹，这样的设计在激烈的战斗中非常有效。另一种方法最简单，只需要打开枪机，用手一发一发地把枪弹压入弹仓内，一次一发。用这种方法装满弹仓会比较慢，但如果在战斗的间隙想把半满的弹仓重新装满，则可以用这种方法。
如果要清空弹仓，只要打开枪机取出枪弹就可以了，但此时保险一定要处于中央位置。另外也可以通过拆卸弹仓底板来清空弹仓，但不推荐这种方法。拆卸弹仓底板后，也可以维护弹仓内部或更换损坏的托弹簧和托弹板。一战后改进的毛瑟步枪为托弹板增加了有空仓挂机能力，当弹仓打空后，托弹板会卡住枪机，使枪机无法关闭，提示射手装填枪弹。
