מכונית כזו משתמשת בחיישנים רבים: מצלמות, מכ״מים ולפעמים לייזרים שמודדים מרחק. מערכת בינה מלאכותית משלבת את כל המידע, מזהה כבישים, רמזורים, הולכי רגל ומכוניות אחרות, חוזה מה כל אחד מהם עומד לעשות, ומחליטה איך לנסוע. כל זה קורה שוב ושוב בכל שנייה.
יש דרגות שונות של אוטונומיה. בהרבה מכוניות יש מערכות עזר, כמו בלימה אוטומטית לפני תאונה או שמירה על נתיב — אבל הנהג עדיין אחראי ומחזיק בהגה. מכוניות שנוסעות לגמרי לבד נבדקות ופועלות רק במקומות ובתנאים מסוימים, כי הכביש מלא בהפתעות.
טעות נפוצה היא לחשוב שמכונית אוטונומית ״רואה ומבינה״ את הכביש כמו נהג מנוסה. היא מזהה תבניות שלמדה, ועלולה להתבלבל ממצבים נדירים: שלט מכוסה בשלג, עבודות בכביש או אדם בתחפושת. לכן בטיחות היא השאלה החשובה ביותר בתחום, וגם השאלה מי אחראי כשקורית תאונה.