Le trackball funzionano utilizzando sensori ottici per leggere i movimenti dei punti sulla superficie della palla. Tracciando la direzione in cui si muovono i punti, l'ottica traduce il movimento della palla nello spostamento del cursore.
Le unità trackball più vecchie utilizzano rulli o ruote per registrare il movimento della palla all'interno di un alloggiamento chiuso. L'attrito della palla contro queste superfici trasforma piccole ruote motrici, che il dispositivo registra come movimento su un asse X e Y. Le ruote sono dotate di piccoli dischi di contatto filo su di esse che emettono un segnale di accensione e spegnimento mentre ruota la ruota e crea un circuito. I computer hanno quindi tradotto la quantità di impulsi nel segnale rispetto ai movimenti del cursore.
Le varianti successive hanno sostituito i dischi di contatto con una ruota di forma simile contrassegnata da fori. La luce LED viene quindi visualizzata attraverso i fori e letta da un sensore ottico. Quando la luce passa attraverso i fori del sensore o viene interrotta dalla ruota che gira, crea un impulso simile ai modelli precedenti.
Mentre un primo prototipo fu sviluppato e brevettato nel 1947, la prima trackball fu costruita nel 1952, per il sistema DATAR della Royal Canadian Navy. Utilizzava quattro dischi di tracciamento del movimento e una palla da bowling a cinque punte.
