As trackballs funcionam usando sensores óticos para ler os movimentos dos pontos na superfície da bola. Ao rastrear a direção em que os pontos se movem, a ótica traduz o movimento da bola em mover o cursor.
Unidades de trackball mais antigas usam rolos ou rodas para registrar o movimento da bola dentro de uma caixa fechada. O atrito da bola contra essas superfícies gira pequenas rodas motrizes, que o dispositivo registra como movimento nos eixos X e Y. As rodas têm pequenos discos de contato de fio que emitem um sinal de liga e desliga à medida que a roda gira e cria um circuito. Os computadores então traduziram a quantidade de pulsos no sinal em movimentos do cursor.
Variações posteriores substituíram os discos de contato por uma roda de formato semelhante marcado com orifícios. A luz LED é então exibida através dos orifícios e lida por um sensor óptico. Conforme a luz passa pelos orifícios para o sensor ou é interrompida pela roda giratória, ela cria um pulso semelhante aos modelos anteriores.
Enquanto um protótipo inicial foi desenvolvido e patenteado em 1947, o primeiro trackball foi construído em 1952, para o sistema DATAR da Marinha Real do Canadá. Ele usava quatro discos de rastreamento de movimento e uma bola de boliche de cinco pinos.
