Sebbene molti sistemi per rallentare una ruota su un veicolo siano stati progettati e implementati nel corso di oltre un secolo, nessun progetto è oggi più prevalente del freno a disco. Un sistema di freno a disco utilizza un rotore, solitamente realizzato con materiali compositi come ferro, ceramica, carbonio e Kevlar, che è fissato a una ruota e rallentato utilizzando una pinza che forza le pastiglie dei freni a contattare il disco da entrambi i lati contemporaneamente. I sistemi di freno a disco sono ampiamente utilizzati su automobili, motocicli, biciclette e altri veicoli a gas e ad alimentazione umana.
I freni a disco sono stati sviluppati già alla fine del XIX secolo, ma i difetti di progettazione hanno impedito ai sistemi di freni a disco di entrare nell’uso tradizionale. Il problema più difficile da superare era il trasferimento di calore o l’incapacità del disco di distribuire efficacemente il calore di attrito. Questo problema si chiamava dissolvenza dei freni ed era abbastanza diffuso sui primi modelli di freni a disco. Inoltre, poiché le strade intorno a quel tempo erano primitive e non asfaltate, lo sporco e la polvere venivano spesso a contatto con il sistema frenante a disco, riducendo la potenza e l’efficacia del freno e spesso portando a un’usura prematura dei singoli componenti.
Questi problemi sono stati infine risolti utilizzando materiali compositi che distribuivano il calore in modo più efficace ed erano meno suscettibili all’usura rapida. Altri metodi per risolvere i problemi di calore e sporcizia includevano i fori nel rotore stesso, che permettevano al calore di disperdersi in modo più efficace e lo sporco e la sabbia passavano senza influire notevolmente sulle prestazioni del freno.
Al fine di azionare le pastiglie dei freni e farle premere contro il rotore con una forza significativa per rallentare la ruota, sono stati sviluppati diversi metodi. Le leve azionate da cavo sono comuni sulle biciclette, dove non sono necessarie enormi quantità di forza per rallentare il veicolo. Su automobili, motociclette e persino su molte biciclette, i sistemi idraulici sono impiegati per trasferire energia dalla leva o dal pedale del freno alla pinza del freno. Questi sistemi di freni a disco idraulici utilizzano un liquido viscoso, generalmente un olio o altro fluido denso, contenuto in linee abbastanza rigide da contenere la forza del liquido in movimento. Quando viene azionata la leva o il pedale del freno, l’olio o il fluido vengono forzati nella pinza del freno, che a sua volta utilizza una serie di pistoni per spingere le pastiglie contro il rotore. Altri sistemi di attuazione comprendono sistemi pneumatici e sistemi elettromagnetici, entrambi tendenzialmente più complessi ma altrettanto efficaci.