Hamulec tarczowy zatrzymuje samochód poprzez ściskanie obracającej się tarczy. Tarcza, zwana wirnikiem, obraca się wraz z kołem. Zacisk hamulcowy obejmuje wirnik i utrzymuje dwa klocki hamulcowe. Gdy kierowca naciska pedał, ciśnienie hydrauliczne wypycha tłoki w zacisku, a klocki zaciskają się na wirniku. Tarcie spowalnia koło i samochód zatrzymuje się.

Hamulce tarczowe mają przewagę nad hamulcami bębnowymi. Lepiej odprowadzają ciepło, dzięki czemu są odporne na zaniki siły hamowania podczas wielokrotnych gwałtownych hamowań. Są łatwiejsze w serwisowaniu, ponieważ klocki można wymienić bez demontażu piasty koła. Dodatkowo, klocki samoczynnie się regulują w miarę zużycia. Dlatego większość nowoczesnych samochodów ma hamulce tarczowe na wszystkich czterech kołach, choć niektóre samochody ekonomiczne nadal mają bębny z tyłu.

Tarcza hamulcowa może być pełna lub wentylowana. Tarcza wentylowana ma wewnętrzne łopatki, które zasysają powietrze, co przyspiesza jej chłodzenie. Samochody sportowe używają tarcz nawiercanych lub nacinanych, aby odprowadzać ciepło i gazy. Klocki hamulcowe również mają znaczenie. Różne mieszanki klocków hamulcowych wpływają na hałas, emisję pyłu, zużycie i siłę hamowania. Klocki ceramiczne są ciche i czyste, ale drogie. Klocki półmetaliczne hamują mocniej, ale zużywają się szybciej i wytwarzają więcej pyłu.

Hamulce tarczowe po raz pierwszy zastosowano w samochodach wyścigowych w latach 50. XX wieku. W samochodach seryjnych pojawiły się w latach 60., a w latach 80. stały się standardem. Stanowią jedno z najważniejszych osiągnięć w dziedzinie bezpieczeństwa w historii motoryzacji.