Zamiast tradycyjnego "rozszerzający się" hamulce działające w przeciwnych kierunkach na okrągłym bębnie, układy hamulców tarczowych wykorzystują tarcze z klockami hamulcowymi zamontowanymi po obu stronach. Łatwo zauważalnym podobieństwem jest hamulec ręczny w rowerze. Podkładki dociskają obręcz koła roweru, spowalniając ruch. Hamulce tarczowe samochodowe działają na tej samej zasadzie, ale siła hamowania nie jest przykładana do koła, ale do oddzielnej tarczy.
Tarcza lub wirnik to pojedyncza jednostka zainstalowana bezpośrednio wewnątrz koła. Tarcze są solidne i wentylowane. Wentylowane tarcze mają żeberka na obwodzie między dwiema powierzchniami hamowania, aby umożliwić przedostawanie się powietrza, które je chłodzi i czyni je mniej podatnymi na rozkład termiczny i starzenie. Tarcze hamulcowe są lekko zanieczyszczone brudem i wodą, ponieważ cały osad jest usuwany przez działanie odśrodkowe tarczy lub jest czyszczony przez klocki. Równomierny nacisk obu klocków hamulcowych zapewnia równomierne, pewne zatrzymanie, podczas gdy nierówny nacisk klocków lewego i prawego koła może powodować niepożądaną przyczepność podczas hamowania. Wszystkie hamulce tarczowe są samoregulujące.
Istnieją trzy główne typy hamulców tarczowych. W konstrukcji ze stałym zaciskiem
używane są dwa tłoki, zamontowane po obu stronach wirnika (z każdej strony zacisku). Zacisk jest sztywno osadzony i nie przesuwa się. Taki układ hamulcowy jest bardzo skuteczny, ale rozmiar zacisku i jego mocowania zwiększają wagę i rozmiar samochodu.
Struktury ślizgowe i pływające są bardzo podobne. W obu typach jedna szczęka hamulcowa styka się z wirnikiem pod działaniem siły hydraulicznej. Zacisk, który nie jest sztywno zamocowany w określonej pozycji, porusza się nieco i zapewnia kontakt drugiej klocka z tarczą. Istnieją różne sposoby mocowania pływających zacisków. Niektóre obracają się wokół podstawy lub blatu, inne przesuwają się wzdłuż śrub mocujących. Różne przyczyny nierównomiernego zużycia hamulców mogą być spowodowane brudem lub zakleszczaniem się w obszarach poślizgu lub skrętu.