Les trackballs fonctionnent en utilisant des capteurs optiques pour lire les mouvements des points sur la surface de la balle. En suivant la direction dans laquelle les points se déplacent, l'optique traduit le mouvement de la balle en déplaçant le curseur.
Les unités de trackball plus anciennes utilisent des rouleaux ou des roues pour enregistrer le mouvement de la balle dans un boîtier fermé. Le frottement de la balle contre ces surfaces fait tourner de petites roues motrices, que l'appareil enregistre comme un mouvement sur un axe X et Y. Les roues ont de petits disques de contact de fil sur eux qui émettent un signal d'activation et de désactivation lorsque la roue tourne et crée un circuit. Les ordinateurs ont ensuite traduit la quantité d'impulsions dans le signal en mouvements de curseur.
Les variantes ultérieures ont remplacé les disques de contact par une roue de forme similaire marquée de trous. La lumière LED est ensuite affichée à travers les trous et lue par un capteur optique. Lorsque la lumière passe à travers les trous vers le capteur ou est interrompue par la roue qui tourne, elle crée une impulsion similaire aux modèles précédents.
Alors qu'un premier prototype a été développé et breveté en 1947, le premier trackball a été construit en 1952, pour le système DATAR de la Marine royale canadienne. Il utilisait quatre disques de suivi de mouvement et une boule de bowling à cinq quilles.
