Aunque muchos sistemas para reducir la velocidad de una rueda en un vehículo se han diseñado e implementado en el transcurso de más de un siglo, ningún diseño prevalece hoy más que el freno de disco. Un sistema de freno de disco utiliza un rotor, generalmente hecho de materiales compuestos como hierro, cerámica, carbono y Kevlar, que se fija a una rueda y se ralentiza con un calibrador que obliga a las pastillas de freno a contactar el disco desde ambos lados simultáneamente. Los sistemas de frenos de disco se utilizan ampliamente en automóviles, motocicletas, bicicletas y otros vehículos de gasolina y humanos.
Los frenos de disco se desarrollaron a fines del siglo XIX, pero los defectos de diseño impidieron que los sistemas de frenos de disco entraran en uso. El problema más difícil de superar fue la transferencia de calor, o la incapacidad del disco para distribuir el calor de fricción de manera efectiva. Este problema se llamaba desvanecimiento del freno y era bastante frecuente en los primeros modelos de frenos de disco. Además, debido a que las carreteras en esa época eran primitivas y sin pavimentar, la suciedad y el polvo a menudo entraban en contacto con el sistema de frenos de disco, reduciendo la potencia y la eficacia del freno y, a menudo, provocando un desgaste prematuro de los componentes individuales.
Estos problemas finalmente se resolvieron mediante el uso de materiales compuestos que distribuían el calor de manera más efectiva y eran menos susceptibles al desgaste rápido. Otros métodos para resolver los problemas de calor y suciedad incluyeron perforar agujeros en el rotor, lo que permitió que el calor se dispersara de manera más efectiva y que la suciedad y la arena pasaran sin afectar en gran medida el rendimiento del freno.
Con el fin de accionar las pastillas de freno y hacerlas presionar contra el rotor con una fuerza significativa para frenar la rueda, se han desarrollado varios métodos. Las palancas accionadas por cable son comunes en las bicicletas, donde no se necesitan grandes cantidades de fuerza para frenar el vehículo. En automóviles, motocicletas e incluso en muchas bicicletas, se emplean sistemas hidráulicos para transferir potencia desde la palanca o pedal del freno a la pinza de freno. Estos sistemas de frenos de disco hidráulicos utilizan un líquido viscoso, generalmente un aceite u otro fluido espeso, contenido en líneas lo suficientemente rígidas como para contener la fuerza del líquido en movimiento. Cuando se acciona la palanca o pedal del freno, el aceite o el líquido se fuerza en la pinza del freno, que a su vez utiliza una serie de pistones para empujar las pastillas contra el rotor. Otros sistemas de actuación incluyen sistemas neumáticos y sistemas electromagnéticos, los cuales tienden a ser más complejos pero igual de efectivos.