Phanh chuyển hóa chuyển động thành nhiệt năng. Đó là toàn bộ nguyên lý hoạt động. Một chiếc xe đang chuyển động có động năng, và việc dừng nó có nghĩa là loại bỏ năng lượng đó. Phanh ma sát ép một má phanh cố định vào một đĩa hoặc tang trống đang quay. Ma sát chuyển hóa động năng thành nhiệt, sau đó nhiệt này sẽ tỏa ra không khí. Phanh điện từ, được sử dụng trong một số xe hybrid và xe điện, sử dụng từ trường để làm chậm xe và thu hồi năng lượng dưới dạng điện năng.

Hầu hết các xe ô tô đều sử dụng phanh đĩa ở phía trước và phanh đĩa hoặc phanh tang trống ở phía sau. Phanh đĩa có một rôto, một kẹp phanh và hai má phanh. Áp suất thủy lực đẩy các piston của kẹp phanh, làm ép các má phanh vào rôto. Phanh tang trống có các má phanh ép ra ngoài vào bên trong của một tang trống đang quay. Phanh đĩa tản nhiệt tốt hơn và hoạt động ổn định hơn. Phanh tang trống rẻ hơn và có thể mạnh hơn ở tốc độ thấp.

Hiệu suất phanh phụ thuộc vào khả năng quản lý nhiệt. Một lần phanh gấp có thể làm nóng đĩa phanh lên đến 500 độ C. Việc phanh gấp nhiều lần có thể gây ra hiện tượng mất hiệu quả phanh do quá nhiệt. Xe hiệu suất cao sử dụng đĩa phanh có lỗ thông hơi hoặc đục lỗ và má phanh chịu nhiệt cao để chống hiện tượng mất hiệu quả phanh. Hệ thống phanh tái tạo năng lượng trên xe điện giúp giảm mài mòn phanh ma sát bằng cách sử dụng động cơ để làm chậm xe.

Dầu phanh cũng rất quan trọng. Nó có tính hút ẩm, nghĩa là nó hấp thụ nước từ không khí. Theo thời gian, lượng nước đó làm giảm điểm sôi và có thể gây hỏng phanh. Hầu hết các nhà sản xuất đều khuyến cáo nên thay dầu phanh sau mỗi hai đến ba năm.