Hamulce tarczowe rozwiązały ten problem dzięki połączeniu odsłoniętej powierzchni ciernej, znanej z pierwszych mechanicznych rozwiązań, z hydrauliczną technologią hamulców bębnowych. W typowym układzie tarcza osadzona jest na piaście, a zacisk z tłoczkami dociska klocki do obu stron tarczy. Hydrauliczne przeniesienie siły pozostaje niezmienne od dekad, to natomiast, co naprawdę decyduje o charakterze hamowania, to konstrukcja tarczy, skład klocka i dopracowanie systemu chłodzenia. Wentylowane tarcze z kanałami między dwoma pierścieniami ciernymi poprawiają przepływ powietrza, a większa średnica tarczy zwiększa jej zdolność do pochłaniania i oddawania ciepła – oba czynniki ograniczają spadek skuteczności podczas wielokrotnych hamowań.

Skala temperatur, z jakimi muszą sobie radzić hamulce, uzasadnia stosowanie wyspecjalizowanych rozwiązań materiałowych. W agresywnym użytkowaniu drogowym tarcze zwykle nagrzewają się do kilkuset stopni Celsjusza. Wartości rzędu 300–500°C są typowe dla intensywnego hamowania, na przykład na górskich zjazdach czy podczas jazdy torowej samochodami drogowymi. Na torze temperatury robocze w samochodach sportowych często przekraczają 400–600°C, a w najszybszych autach wyścigowych mogą sięgać nawet ok. 800–1000°C.

Struktura powierzchni tarczy w znaczący sposób przekłada się na charakterystykę hamowania. Nacinane tarcze pomagają usuwać gazy, pył i warstwę produktów zużycia z powierzchni styku z klockiem, co skutkuje stabilniejszym hamowaniem w zmiennych warunkach i lepszą powtarzalnością współczynnika tarcia. Tarcze nawiercane (z otworami) ułatwiają odprowadzanie ciepła, gazów i wody, ale w przypadku bardzo intensywnego rozgrzewania i schładzania mogą pękać. Rozmieszczenie otworów nie jest przypadkowe, producenci spędzili bardzo dużo czasu na optymalizacji ich średnicy i geometrii, aby zminimalizować ryzyko pęknięć. Z praktycznego punktu widzenia większość „usportowionych” rozwiązań stanowi kompromis między odprowadzaniem ciepła, trwałością, masą a kosztami produkcji. Są one jednak mniej bezobsługowe niż klasyczne pełne tarcze – do zachowania wydajności wymagają regularnego dbania o równe przyleganie klocka oraz o drożność kanałów i otworów, które lubią zatykać się pyłem powstającym wskutek hamowania.

Klocki hamulcowe to mieszanka sprzecznych wymagań: dobra skuteczność w niskich i średnich temperaturach, stabilność przy wysokich, umiarkowane pylenie i akceptowalny wpływ na zużycie tarczy. W praktyce klocki składają się z mieszanki włókien metalicznych, dodatków ceramicznych, grafitu oraz żywic, a specyfikę materiału dobiera się pod konkretny profil użytkowania – w katalogach producentów często pojawiają się opisy: street, fast road czy track. W samochodach wyczynowych komponenty eksploatacyjne bywają często wymieniane – klocki są twardsze, bardziej „wgryzają się” w tarcze, przez co jednocześnie przyspieszają ich zużycie. W autach użytkowych kompromis musi uwzględniać trwałość, komfort (hałas, drgania), pylenie i wpływ klocka na zużycie tarczy.

Za jedno z najbardziej zaawansowanych rozwiązań uważa się układy z tarczami węglowo-ceramicznymi, które stosuje się w samochodach sportowych i luksusowych, tam gdzie wymagania termiczne i redukcja masy nieresorowanej mają duże znaczenie. Kompozyty węglowo-ceramiczne wytrzymują znacznie wyższe temperatury niż żeliwo, są lżejsze i mogą cechować się bardzo długą trwałością dzięki użytkowaniu w odpowiednich warunkach, często przekraczającą typowy przebieg żeliwnych tarcz. Ich wadą pozostaje bardzo wysoki koszt oraz wrażliwość na typowe miejskie użytkowanie – częste krótkie, „zimne” cykle hamowania sprawiają, że układ rzadko pracuje w optymalnym przedziale temperatur, przez co odczuwalna skuteczność i komfort mogą odbiegać od oczekiwań. W praktyce hamulce węglowo-ceramiczne najlepiej sprawdzają się w autach sportowych, które regularnie szybko jeżdżą i są wykorzystywane na torze, nie są natomiast szczególnie opłacalnym rozwiązaniem w typowym aucie do codziennego dojazdu, głównie ze względu na wysoką cenę i ograniczone wykorzystanie ich potencjału.

Komplet składający się z klocków, zacisków i tarcz ceramicznych do takich modeli, jak Audi RS 6, to wydatek rzędu dziesiątek tysięcy euro (ok. 100 000–120 000 zł w zależności od rynku i konfiguracji), a do tego dochodzi fakt, że aby osiągnęły pełną skuteczność, potrzeba kilku mocnych cykli hamowania. Pierwsze hamowanie na zimnych tarczach węglowo-ceramicznych po porannym wyjeździe z garażu potrafi bardzo negatywnie zaskoczyć. Układ nie osiągnął jeszcze optymalnego zakresu pracy, przez co jego skuteczność początkowo bywa ograniczona, a do tego często daje o sobie znać charakterystycznym hałasem – pojawiają się piski i metaliczne odgłosy, które ustępują dopiero po rozgrzaniu. Dodatkowym czynnikiem wpływającym na sens tego rozwiązania w aucie do jazdy na co dzień jest delikatność samych tarcz – kompozytowe hamulce są znacznie bardziej kruche niż żeliwne tarcze. Jeśli tarcza zostanie mechanicznie uszkodzona (na przykład przez uderzenie kamieniem spod innego auta), kierowcę czeka bardzo kosztowna wymiana.

Rozmiar tarczy to prosty sposób na zwiększenie momentu hamującego i zdolności do zarządzania ciepłem. Wśród samochodów seryjnych jedne z największych tarcz (dostępne są również jako zestaw węglowo-ceramiczny) znajdziecie w Bentleyu Continentalu GT Speed – przednie tarcze mają średnicę aż 440 mm. Muszą jednak skutecznie zatrzymać „krążownik” ważący niemal 2,5 t, potrafiący rozpędzić się do ok. 330 km/h.

Prawdziwie ekstremalne obciążenia układu hamulcowego występują w samochodach wyścigowych. Bolidy Formuły 1 potrafią wytracić prędkość z ok. 300–330 do 80 km/h w czasie nieprzekraczającym 2 s na dystansie zaledwie kilkudziesięciu metrów. Przeciążenia generowane podczas takiego hamowania są większe niż 5G i wymagają maksymalnej wydajności materiałów oraz wyjątkowo skutecznej koncepcji chłodzenia, aby ten sam manewr można było powtórzyć właściwie na każdym okrążeniu.

Ostatecznie skuteczność hamowania to nie tylko tarcze i klocki. Systemy elektroniczne – ABS, ESC i asystenci hamowania – współpracują z układem hydraulicznym i oponami, optymalizując rozkład sił, stabilność pojazdu i zapobiegając blokowaniu kół, tak aby kierowca mógł w pełni wykorzystać potencjał zamontowanego układu hamulcowego.