La misura della velocità poggia sulla legge fisica v=s/t, ossia la velocità v di un corpo in movimento è definita dal rapporto fra lo spazio percorso s e il tempo t impiegato a percorrere il suddetto spazio.

Gli autovelox a fotocellule comunemente impiegati sono dotati di due sensori optoelettronici a riflessione che emettono due fasci paralleli di luce (visibile, infrarossa o coerente di tipo laser); nota la distanza fissa dei due sensori occorre rilevare solo la variabile tempo per poter calcolare la velocità del veicolo: quando il muso del veicolo interrompe il primo fascio, riflettendolo, inizia il conteggio del tempo; nel momento in cui il muso del veicolo interrompe il secondo fascio, il conteggio termina potendosi così calcolare il valore della velocità. A questo punto, nota la velocità si può ottentere un'ulteriore informazione, cioè la lunghezza del veicolo: infatti quando il muso dell'automezzo interrompe il secondo fascio il timer inizia un nuovo conteggio finchè anche la coda del veicolo non transita attraverso il secondo fascio: a questo punto, noto il tempo trascorso e nota la velocità testè calcolata si ricava indirettamente la lunghezza del veicolo, potendo così differenziare le eventuali sanzioni in relazione alla tipologia di automezzo.

Alcuni modelli sono dotati di una terza fotocellula centrale, che consente di ricavare la distanza del veicolo dal dispositivo autovelox, potendo così stabilire la corsia in cui viaggia il veicolo in infrazione o meglio individuando in maniera certa il veicolo che ha commesso l'infrazione in caso di passaggio quasi simultaneo di più automezzi.

L'autovelox velomatic 512 deve il suo nome alla distanza delle due fotocellule: 512 mm.

I modelli telelaser emettono un raggio laser e il sensore ottico integrato rileva il raggio riflesso dal veicolo puntato: essendo la velocità della luce costante, il tempo di volo necessario al raggio per colpire il bersaglio e tornare indietro al diodo fotoricettore è direttamente proporzionale alla distanza fra sorgente laser e bersaglio; emettendo a questo punto due impulsi laser ad un intervallo di tempo prestabilito (il t della formula) si ricavano due distanze, la cui differenza è lo spazio s percorso dal veicolo: applicando la formula suesposta si ottiene la velocità del bersaglio. I telelaser attuali effettuano diverse decine di cicli di misurazione al secondo, emettendo una serie di impulsi laser di blanda potenza, per ridurre al minimo il margine di errore.

Altri modelli di telelaser sfruttano l'effetto Doppler consistente in un cambiamento apparente della frequenza o della lunghezza d'onda di un'onda percepita da un osservatore in condizioni di moto relativo rispetto al bersaglio; in pratica, nel caso di un autoveicolo in avvicinamento alla sorgente laser (o radar) viene emessa una sequenza di impulsi in direzione del bersaglio, ogni onda deve percorrere uno spazio via via minore della precedente per raggiungere l'oggetto e tornare indietro, quindi lo spazio tra due onde successive si riduce, e la frequenza delle onde cambia in modo misurabile: usando le formule dell'effetto Doppler si può risalire alla velocità dell'oggetto.

Il puntamento del telelaser da una posizione non perfettamente in asse con la direzione di marcia del veicolo bensì da una posizione angolata, come verosimilmente risulta nell'utilizzo a bordo strada, implica un errore in difetto nella misurazione finale della velocità giocando così a favore dell'automobilista. Sia dato il seguente esempio:

Per semplicità ipotizziamo che il telelaser faccia una rilevazione ogni 2 secondi.

Con la misurazione in asse (linee blu) rispetto alla direzione di marcia del veicolo (linea tratteggiata azzurra) abbiamo:

1° rilevazione: 100 metri e 2° rilevazione: 80 metri; lo spazio percorso è pari a 20 m=0,02 km

La velocità rilevata è quindi pari al rapporto distanza/tempo (km/sec), ossia 0,02/2 km/s =0,01 km/s pari a 0,01*3600 km/h = 36 km/h

Con la misura non in asse (linee gialle) ipotizzando uno spostamento laterale di 20 m dall'asse di marcia abbiamo:

1° rilevazione: 101,98 metri (pari alla radice quadrata della somma dei quadrati dei cateti di 100 e 20 m)

2° rilevazione: 82,46 metri (pari alla radice quadrata della somma dei quadrati dei cateti di 80 e 20 m)

lo spazio percorso è quindi pari a 19,52 m = 0,01952 km e la velocità rilevata risulta pari a 0,01952/2 km/s =0,00976 km/s= 0,00976*3600 km/h= 35,136 km/h

Si evidenzia come la velocità rilevata dalla posizione angolata è inferiore rispetto alla velocità effettiva del veicolo e lo scarto è trascurabile.

I photored con spire comunemente usano due loop induttivi, uno posto prima della linea di arresto e l'altro dopo: in fase di rosso semaforico al passaggio di un autoveicolo sopra la prima spira viene scattata una foto che ritrae il retro del veicolo e la lanterna semaforica rossa: al passaggio sulla seconda spira viene scattata un'ulteriore foto per attestare che il veicolo impegna il centro dell'incrocio essendo passato con il rosso.

Alcuni modelli usano solo la prima spira posta prima della linea di arresto e scattano la seconda foto con un ritardo temporale dopo la rilevazione del passaggio del veicolo sulla prima spira.

Il principio di funzionamento dei loop induttivi si basa sulle variazioni di campo magnetico (legge di Lorentz): le spire sono percorse da una tenue corrente che crea così un campo magnetico attorno ad esse; questo campo magnetico induce una corrente nella massa metallica dell'autoveicolo che vi transita sopra, tale corrente indotta a sua volta genera un campo magnetico che si oppone a quello generato dalle spire, l'induttanza del loop diminuisce e tali variazioni vengono rilevate da un microprocessore nella centralina collegata alle spire.

I modelli più recenti non utilizzano spire induttive ma effettuano la lettura continua delle targhe in fase di rosso semaforico e registrano un intero filmato; un algoritmo di analisi della scena estrapola il numero di targa dei veicoli in infrazione.

Il traffipax (traffiphot) utilizza le spire sia nella veste di photored che in quella di autovelox: infatti le due spire poste a una distanza prefissata svolgono la stessa funzione delle fotocellule per l'autovelox classico: in tal modo si può sia calcolare la velocità che classificare la tipologia di veicolo in transito (una configurazione a spira singola permetterebbe solo di rilevare la presenza e il transito di un veicolo ma nulla più).

Il sicve-tutor si basa sulle rilevazioni di transito effettuate fra due postazioni consecutive distanti 15 - 20 km circa: ogni postazione è dotata di ricevitore gps per una corretta sincronizzazione temporale, sensori OCR e spire induttive in configurazione multipla per attivare i suddetti sensori di lettura targhe e per individuare la classe di appartenenza del veicolo. Al passaggio del veicolo sulle spire della prima postazione viene scattato un primo fotogramma e rilevato l'istante temporale del transito, successivamente alla seconda postazione viene ripetuta l'intera procedura: a questo punto, nota a priori la distanza fra le due installazioni, calcolando il tempo trascorso fra le due rilevazioni è possibile ricavare la velocità media del veicolo. Nelle ultime evoluzioni al posto delle spire induttive vengono usati detector radar. Nelle tratte extraurbane, invece, la distanza fra i due portali di rilevazione è di pochi chilometri e in genere il percorso sotto osservazione non presenta incroci, svincoli o aree di sosta ovvero, in ossequio alle raccomandazioni ministeriali, la percentuale di veicoli che possono fuoriuscire dalla tratta sottraendosi al secondo punto di rilevazione è statisticamente insignificante.