El diseño y tipo de probeta empleado depende de la máquina de ensayos y del objetivo del estudio de fatiga. Factores como la geometría, el mecanizado, los tratamientos térmicos, el tamaño de grano y el acabado superficial de la probeta, afectan de manera importante a la resistencia a fatiga.
Una probeta de ensayos consta de tres partes fundamentales: la longitud de medida, las zonas de fijación, y las zonas de transición. La longitud de medida es la zona donde se miden las tensiones, las deformaciones, la temperatura, y las condiciones ambientales, y donde la grieta de fatiga y el fallo han de aparecer. Las zonas de fijación están diseñadas para transmitir la carga desde las mordazas de la máquina, y han de ser idénticas a cada lado. Las zonas de transición entre los extremos de fijación y la longitud de medida, están diseñadas con suaves radios de acuerdo para minimizar las concentraciones de tensiones que puedan dar lugar a una grieta no deseada.
Las diferentes normativas definen configuraciones básicas de probetas cilíndricas.