Phanh đĩa giúp xe dừng lại bằng cách ép vào một đĩa quay. Đĩa này, được gọi là rôto, quay cùng với bánh xe. Một kẹp phanh nằm giữa rôto và giữ hai má phanh. Khi người lái nhấn bàn đạp, áp suất thủy lực đẩy các piston trong kẹp phanh, và các má phanh kẹp chặt vào rôto. Ma sát làm chậm bánh xe, và xe dừng lại.

Phanh đĩa có nhiều ưu điểm hơn phanh tang trống. Chúng tản nhiệt tốt hơn, do đó chống lại hiện tượng giảm hiệu quả phanh khi phanh gấp nhiều lần. Chúng dễ bảo dưỡng hơn vì có thể thay thế má phanh mà không cần tháo trục bánh xe. Chúng cũng tự điều chỉnh khi má phanh mòn. Đó là lý do tại sao hầu hết các xe hiện đại đều sử dụng phanh đĩa ở cả bốn bánh, mặc dù một số xe bình dân vẫn sử dụng phanh tang trống ở phía sau.

Rôto có thể là loại đặc hoặc loại có lỗ thông hơi. Rôto có lỗ thông hơi có các cánh bên trong hút không khí vào, làm mát nhanh hơn. Xe hiệu suất cao sử dụng rôto khoan hoặc xẻ rãnh để tản nhiệt và khí thải. Má phanh cũng rất quan trọng. Các loại má phanh khác nhau sẽ có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau về tiếng ồn, bụi, độ mài mòn và lực phanh. Má phanh gốm êm ái và sạch sẽ nhưng đắt tiền. Má phanh bán kim loại có lực phanh mạnh hơn nhưng mòn nhanh hơn và tạo ra nhiều bụi hơn.

Phanh đĩa lần đầu tiên được sử dụng trên xe đua vào những năm 1950. Chúng lan rộng sang các xe sản xuất hàng loạt vào những năm 1960 và trở thành tiêu chuẩn vào những năm 1980. Đây là một trong những bước phát triển an toàn quan trọng nhất trong lịch sử ngành ô tô.