Bien que de nombreux systèmes de ralentissement d’une roue sur un véhicule aient été conçus et mis en œuvre au cours de plus d’un siècle, aucune conception n’est plus répandue aujourd’hui que le frein à disque. Un système de frein à disque utilise un rotor, généralement constitué de matériaux composites tels que le fer, la céramique, le carbone et le Kevlar, qui est fixé à une roue et ralenti à l’aide d’un étrier qui force les plaquettes de frein à entrer en contact avec le disque des deux côtés simultanément. Les systèmes de freinage à disque sont largement utilisés sur les automobiles, les motocyclettes, les bicyclettes et autres véhicules à essence et à propulsion humaine.
Les freins à disque ont été développés dès la fin du XIXe siècle, mais des défauts de conception ont empêché les systèmes de freins à disque d’entrer dans une utilisation courante. Le problème le plus difficile à surmonter était le transfert de chaleur ou l’incapacité du disque à distribuer efficacement la chaleur de friction. Ce problème s’appelait la décoloration des freins et était assez répandu sur les premiers modèles de freins à disque. De plus, comme les routes à cette époque étaient primitives et non pavées, la saleté et la poussière entraient souvent en contact avec le système de frein à disque, réduisant la puissance et l’efficacité du frein et entraînant souvent une usure prématurée des composants individuels.
Ces problèmes ont finalement été résolus en utilisant des matériaux composites qui distribuaient la chaleur plus efficacement et étaient moins sensibles à l’usure rapide. D’autres méthodes pour résoudre les problèmes de chaleur et de saleté comprenaient le perçage de trous dans le rotor lui-même, ce qui permettait à la chaleur de se disperser plus efficacement et à la saleté et aux gravillons de passer sans affecter les performances du frein dans une large mesure.
Afin d’actionner les plaquettes de frein et de les faire plaquer contre le rotor avec une force importante pour ralentir la roue, plusieurs méthodes ont été développées. Les leviers actionnés par câble sont courants sur les vélos, où des quantités massives de force ne sont pas nécessaires pour ralentir le véhicule. Sur les automobiles, les motos et même de nombreux vélos, des systèmes hydrauliques sont utilisés pour transférer la puissance du levier ou de la pédale de frein à l’étrier de frein. Ces systèmes de freins à disque hydrauliques utilisent un liquide visqueux, généralement une huile ou un autre fluide épais, contenu dans des conduites suffisamment rigides pour contenir la force du liquide en mouvement. Lorsque le levier ou la pédale de frein est actionné, l’huile ou le liquide est forcé dans l’étrier de frein, qui à son tour utilise une série de pistons pour pousser les plaquettes contre le rotor. D’autres systèmes d’actionnement comprennent les systèmes pneumatiques et les systèmes électromagnétiques, qui ont tous deux tendance à être plus complexes mais tout aussi efficaces.