Los ratones ópticos modernos independientes de la superficie funcionan utilizando un sensor optoelectrónico (esencialmente, una pequeña cámara de video de baja resolución) para tomar imágenes sucesivas de la superficie en la que opera el ratón. A medida que la potencia informática se abarataba, se hizo posible incrustar chips de procesamiento de imágenes de propósito especial más potentes en el propio ratón. Este avance permitió al ratón detectar el movimiento relativo en una amplia variedad de superficies, traduciendo el movimiento del ratón en el movimiento del cursor y eliminando la necesidad de una alfombrilla especial para el ratón. Un diseño de ratón óptico de luz coherente independiente de la superficie fue patentado por Stephen B. Jackson en Xerox en 1988.
Los primeros ratones ópticos modernos disponibles comercialmente fueron Microsoft IntelliMouse con IntelliEye e IntelliMouse Explorer, introducidos en 1999 utilizando tecnología desarrollada por Hewlett-Packard. Funcionaba en casi cualquier superficie, y representaba una mejora bienvenida con respecto a los ratones mecánicos, que recogían suciedad, rastreaban caprichosamente, invitaban a un manejo brusco y necesitaban desmontarse y limpiarse con frecuencia. Otros fabricantes pronto siguieron el liderazgo de Microsoft utilizando componentes fabricados por la spin-off de HP Agilent Technologies, y en los siguientes años los ratones mecánicos se volvieron obsoletos.
La tecnología subyacente al ratón óptico moderno se conoce como correlación de imágenes digitales, una tecnología pionera de la industria de defensa para rastrear objetivos militares. Una versión simple de imagen binaria de correlación de imagen digital se utilizó en el ratón óptico Lyon de 1980. Los ratones ópticos utilizan sensores de imagen para obtener imágenes de texturas naturales en materiales como madera, tela, alfombrillas de ratón y Formica. Estas superficies, cuando se iluminan en un ángulo de pastoreo por un diodo emisor de luz, proyectan sombras distintas que se asemejan a un terreno montañoso iluminado al atardecer. Las imágenes de estas superficies se capturan en sucesión continua y se comparan entre sí para determinar hasta dónde se ha movido el ratón.
Para entender cómo se usa el flujo óptico en ratones ópticos, imagine dos fotografías del mismo objeto, excepto ligeramente separadas una de la otra. Coloque ambas fotografías en una mesa de luz para hacerlas transparentes y deslice una sobre la otra hasta que sus imágenes se alineen. La cantidad que los bordes de una fotografía sobresalen de la otra representa el desplazamiento entre las imágenes, y en el caso de un ratón óptico de computadora, la distancia que se ha movido.
Los ratones ópticos capturan mil o más imágenes sucesivas por segundo. Dependiendo de la velocidad con la que se mueva el ratón, cada imagen se desplazará de la anterior en una fracción de píxel o hasta varios píxeles. Los ratones ópticos procesan matemáticamente estas imágenes utilizando la correlación cruzada para calcular cuánto se desplaza cada imagen sucesiva de la anterior.
Un ratón óptico puede utilizar un sensor de imagen con una matriz de píxeles monocromáticos de 18 × 18 píxeles. Su sensor normalmente compartiría el mismo ASIC que el utilizado para almacenar y procesar las imágenes. Un refinamiento sería acelerar el proceso de correlación mediante el uso de información de movimientos anteriores, y otro refinamiento sería evitar bandas muertas cuando se mueve lentamente mediante la adición de interpolación o salto de fotogramas.
El desarrollo del ratón óptico moderno en Hewlett-Packard Co. fue apoyado por una serie de proyectos relacionados durante la década de 1990 en HP Laboratories. En 1992, William Holland obtuvo la Patente estadounidense 5.089.712 y John Ertel, William Holland, Kent Vincent, Rueiming Jamp y Richard Baldwin obtuvieron la patente estadounidense 5.149.980 para medir el avance lineal del papel en una impresora mediante la correlación de imágenes de fibras de papel. A Ross R. Allen, David Beard, Mark T. Smith y Barclay J. Tullis se les concedieron patentes estadounidenses 5.578.813 (1996) y 5.644.139 (1997) para navegación óptica de 2 dimensiones (p. ej., medición de posición) principios basados en la detección y correlación de características microscópicas inherentes de la superficie sobre la que se desplazó el sensor de navegación, y el uso de mediciones de posición de cada extremo de un sensor de imagen lineal (de documento) para reconstruir una imagen del documento. Este es el concepto de escaneo a mano alzada utilizado en el escáner portátil HP CapShare 920. Al describir un medio óptico que superaba explícitamente las limitaciones de las ruedas, bolas y rodillos utilizados en los ratones de computadora contemporáneos, se anticipó el ratón óptico. Estas patentes formaron la base de la Patente estadounidense 5.729.008 (1998) otorgada a Travis N. Blalock, Richard A. Baumgartner, Thomas Hornak, Mark T. Smith y Barclay J. Tullis, en la que la detección de imágenes de características de superficie, el procesamiento de imágenes y la correlación de imágenes se realizaron mediante un circuito integrado para producir una medición de posición. La precisión mejorada de la navegación óptica en 2D, necesaria para la aplicación de la navegación óptica a la medición precisa en 2D de medios (papel) advance en impresoras de gran formato HP DesignJet, se perfeccionó aún más en la Patente estadounidense 6.195.475 otorgada en 2001 a Raymond G. Beausoleil, Jr., y Ross R. Allen.
Mientras se reconstruye la imagen en la aplicación de escaneo de documentos (Allen et al.) resolución requerida por los navegadores ópticos en el orden de 1/600 de pulgada, la implementación de la medición de posición óptica en ratones de computadora no solo se beneficia de las reducciones de costos inherentes a la navegación a una resolución más baja, sino que también disfruta de la ventaja de la retroalimentación visual para el usuario de la posición del cursor en la pantalla de la computadora. En 2002, Gary Gordon, Derek Knee, Rajeev Badyal y Jason Hartlove recibieron la patente estadounidense 6.433.780 para un ratón óptico de computadora que medía la posición mediante correlación de imágenes. Algunos pequeños trackpads funcionan como un ratón óptico.