Trackballs arbeiten mit optischen Sensoren, um die Bewegungen von Punkten auf der Oberfläche des Balls zu lesen. Durch die Verfolgung der Bewegungsrichtung der Punkte übersetzt die Optik die Bewegung des Balls in die Bewegung des Cursors.
Ältere Trackball-Einheiten verwenden Rollen oder Räder, um die Bewegung der Kugel in einem geschlossenen Gehäuse aufzuzeichnen. Die Reibung der Kugel an diesen Oberflächen dreht kleine Antriebsräder, die das Gerät als Bewegung auf einer X- und Y-Achse aufzeichnet. Die Räder haben kleine Drahtkontaktscheiben, die ein Ein- und Aus-Signal pulsieren würden, wenn sich das Rad drehte und einen Stromkreis erzeugte. Computer übersetzten dann die Anzahl der Impulse im Signal in Cursorbewegungen.
Spätere Variationen ersetzten die Kontaktscheiben durch ein ähnlich geformtes Rad mit Löchern. LED-Licht wird dann durch die Löcher angezeigt und von einem optischen Sensor gelesen. Wenn Licht durch die Löcher zum Sensor gelangt oder vom sich drehenden Rad unterbrochen wird, erzeugt es einen Impuls ähnlich wie bei früheren Modellen.
Während ein früher Prototyp 1947 entwickelt und patentiert wurde, wurde der erste Trackball 1952 für das DATAR-System der Royal Canadian Navy gebaut. Es verwendete vier Bewegungsverfolgungsscheiben und eine Bowlingkugel mit fünf Stiften.
