Bóng lăn hoạt động bằng cách sử dụng cảm biến quang học để đọc chuyển động của các chấm trên bề mặt bóng. Bằng cách theo dõi hướng di chuyển của các chấm, quang học chuyển chuyển động của quả bóng thành chuyển động của con trỏ.
Các đơn vị bi lắc cũ hơn sử dụng con lăn hoặc bánh xe để ghi lại chuyển động của quả bóng trong một vỏ bọc kín. Ma sát của quả bóng với các bề mặt này làm quay các bánh xe truyền động nhỏ, mà thiết bị ghi lại là chuyển động trên trục X và Y. Các bánh xe có các đĩa tiếp xúc dây nhỏ trên chúng sẽ phát tín hiệu bật và tắt khi bánh xe quay và tạo ra một mạch điện. Sau đó, máy tính dịch lượng xung trong tín hiệu thành chuyển động của con trỏ.
Các biến thể sau đó đã thay thế các đĩa tiếp xúc bằng một bánh xe có hình dạng tương tự được đánh dấu bằng các lỗ. Sau đó, ánh sáng LED được hiển thị qua các lỗ và được đọc bởi một cảm biến quang học. Khi ánh sáng đi qua các lỗ tới cảm biến hoặc bị gián đoạn bởi bánh xe quay, nó sẽ tạo ra một xung tương tự như các mô hình trước đó.
Trong khi một nguyên mẫu ban đầu được phát triển và cấp bằng sáng chế vào năm 1947, quả cầu lăn đầu tiên được chế tạo vào năm 1952, cho hệ thống DATAR của Hải quân Hoàng gia Canada. Nó sử dụng bốn đĩa theo dõi chuyển động và một quả bóng bowling năm pin.
