เมาส์ออปติคอลแบบสมัยใหม่ที่ไม่ขึ้นกับพื้นผิวทำงานโดยใช้เซ็นเซอร์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ (โดยพื้นฐานแล้วคือกล้องวิดีโอขนาดเล็กความละเอียดต่ำ) เพื่อถ่ายภาพพื้นผิวที่เมาส์ใช้งานอย่างต่อเนื่อง เมื่อกำลังการประมวลผลมีราคาถูกลง ก็สามารถฝังชิปประมวลผลภาพ เฉพาะทางที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นลง ในตัวเมาส์ได้ ความก้าวหน้านี้ทำให้เมาส์สามารถตรวจจับการเคลื่อนไหวสัมพัทธ์บนพื้นผิวที่หลากหลาย แปลงการเคลื่อนไหวของเมาส์เป็นการเคลื่อนไหวของเคอร์เซอร์ และขจัดความจำเป็นในการใช้แผ่นรองเมาส์แบบพิเศษ การออกแบบเมาส์ออปติคอลแสงแบบโคherent ที่ไม่ขึ้นกับพื้นผิวได้รับการจดสิทธิบัตรโดย Stephen B. Jackson ที่ Xerox ในปี 1988 ^{[ 13 ]}

อย่างไรก็ตาม สิ่งประดิษฐ์ของซีร็อกซ์ไม่เคยถูกนำไปใช้ประโยชน์ในเชิงพาณิชย์อย่างกว้างขวาง และเมาส์แบบออปติคอลก็ยังคงหายากในตลาดคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลจนกระทั่งไมโครซอฟต์เปิดตัวIntelliMouseพร้อม IntelliEye และ IntelliMouse Explorer ในปี 1999 ^{[ 14 ] [ 15 ]}เมาส์เหล่านี้ใช้เทคโนโลยีที่พัฒนาโดย Hewlett-Packard ภายใต้ บริษัทลูก Agilent Technologies (ดูด้านล่าง ) เมาส์เหล่านี้ใช้งานได้บนพื้นผิวเกือบทุกประเภท และถือเป็นการปรับปรุงที่ดีกว่าเมาส์แบบกลไก ซึ่งจะเก็บฝุ่นง่าย ติดตามการเคลื่อนไหวอย่างไม่แน่นอน เสี่ยงต่อการใช้งานที่รุนแรง และต้องถอดประกอบและทำความสะอาดบ่อยๆ ผู้ผลิตรายอื่น ๆ จึงทำตามแบบอย่างของไมโครซอฟต์ในไม่ช้า รวมถึง Apple สำหรับPro Mouseของ พวกเขา ^{[ 14 ]}โดยใช้ส่วนประกอบที่ผลิตโดย Agilent (หลังจากที่แยกตัวออกมาจาก HP) และในอีกไม่กี่ปีต่อมา เมาส์แบบกลไกก็กลายเป็นของล้าสมัย

เทคโนโลยีที่อยู่เบื้องหลังเมาส์คอมพิวเตอร์แบบออปติคอลในปัจจุบันเรียกว่า การหาความสัมพันธ์ของ ภาพดิจิทัล (Digital Image Correlationหรือ DIM) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่อุตสาหกรรมการป้องกันประเทศบุกเบิกเพื่อใช้ในการติดตามเป้าหมายทางทหาร เมาส์ออปติคอล Lyon ในปี 1980 ใช้ DIM เวอร์ชันภาพไบนารีแบบง่ายๆ เมาส์ออปติคอลใช้เซ็นเซอร์ภาพในการสร้างภาพพื้นผิวที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในวัสดุต่างๆ เช่น ไม้ ผ้า แผ่นรองเมาส์ และฟอร์ไมก้าเมื่อพื้นผิวเหล่านี้ได้รับแสงจากไดโอดเปล่งแสงในมุมเฉียง จะเกิดเงาที่ชัดเจนคล้ายกับภูมิประเทศที่เป็นเนินเขาที่ส่องแสงยามพระอาทิตย์ตก ภาพของพื้นผิวเหล่านี้จะถูกบันทึกอย่างต่อเนื่องและนำมาเปรียบเทียบกันเพื่อกำหนดว่าเมาส์เคลื่อนที่ไปไกลแค่ไหน

เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการใช้การไหลของแสง (optical flow) ในเมาส์แบบออปติคอล ลองนึกภาพภาพถ่ายสองภาพของวัตถุเดียวกัน แต่เลื่อนออกจากกันเล็กน้อย วางภาพถ่ายทั้งสองบน โต๊ะไฟเพื่อให้โปร่งใส แล้วเลื่อนภาพหนึ่งไปบนอีกภาพหนึ่งจนกระทั่งภาพทั้งสองตรงกัน ปริมาณที่ขอบของภาพถ่ายหนึ่งยื่นออกมาจากอีกภาพหนึ่งแสดงถึงระยะห่างระหว่างภาพ และในกรณีของเมาส์คอมพิวเตอร์แบบออปติคอล คือระยะทางที่เมาส์เคลื่อนที่ไป

เมาส์แบบออปติคอลสามารถจับภาพต่อเนื่องได้หนึ่งพันภาพหรือมากกว่านั้นต่อวินาที ขึ้นอยู่กับความเร็วในการเคลื่อนที่ของเมาส์ ภาพแต่ละภาพจะเลื่อนจากภาพก่อนหน้าไปเพียงเศษเสี้ยวของพิกเซลหรือหลายพิกเซล เมาส์แบบออปติคอลจะประมวลผลภาพเหล่านี้ทางคณิตศาสตร์โดยใช้การหาความสัมพันธ์ร่วม (cross correlation) เพื่อคำนวณว่าภาพแต่ละภาพเลื่อนจากภาพก่อนหน้าไปมากน้อยเพียงใดผลลัพธ์ของเซ็นเซอร์ออปติคอลมักจะเป็นพิกัดเดลต้า (delta coordinates) ไอซีออปติคอลบางตัวยังสามารถรับข้อมูลภาพได้ด้วย การออกแบบเซ็นเซอร์ของเมาส์มักจะฝังระบบรับภาพ (Image Acquisition System) และโปรเซสเซอร์ DSP ไว้ภายใน เพื่อการประมวลผลข้อมูลที่รวดเร็วX, Y

อัลกอริทึมที่ใช้ในการคำนวณความเร็วคือการหาความสัมพันธ์ของภาพ ซึ่งได้รับการนำไปใช้งานโดยตรงบนชิปในเมาส์อย่างคุ้มค่าตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษ 1990 อัตราการสุ่มตัวอย่างโดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 1500 เฟรมต่อวินาที กำลังการประมวลผลของ DSP สำหรับการกำหนดข้อมูลการเคลื่อนไหวอยู่ที่ประมาณ 18 MIPS ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

เมาส์แบบออปติคอลอาจใช้เซ็นเซอร์ภาพที่มีอาร์เรย์พิกเซลขาวดำขนาด 18 × 18 พิกเซล โดยปกติแล้วเซ็นเซอร์นี้จะใช้ชิป ASIC เดียวกัน กับที่ใช้ในการจัดเก็บและประมวลผลภาพ การปรับปรุงอย่างหนึ่งคือการเร่งกระบวนการหาความสัมพันธ์โดยใช้ข้อมูลจากการเคลื่อนไหวครั้งก่อน และการปรับปรุงอีกอย่างหนึ่งคือการป้องกันช่วงที่ไม่ตอบสนองเมื่อเคลื่อนไหวช้าๆ โดยการเพิ่มการแทรกสอดหรือการข้ามเฟรม

การพัฒนาเมาส์แบบออปติคอลสมัยใหม่ที่บริษัท Hewlett-Packard ได้รับการสนับสนุนจากโครงการที่เกี่ยวข้องหลายโครงการในช่วงทศวรรษ 1990 ที่ห้องปฏิบัติการ HP ในปี 1992 William Holland ได้รับสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาหมายเลข 5,089,712 และ John Ertel, William Holland, Kent Vincent, Rueiming Jamp และ Richard Baldwin ได้รับสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาหมายเลข 5,149,980 สำหรับการวัดการเลื่อนกระดาษเชิงเส้นในเครื่องพิมพ์โดยการเชื่อมโยงภาพของเส้นใยกระดาษ Ross R. Allen, David Beard, Mark T. Smith และ Barclay J. Tullis ได้รับสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกาหมายเลข 5,578,813 (1996) และ 5,644,139 (1997) สำหรับหลักการนำทางด้วยแสงแบบ 2 มิติ (เช่น การวัดตำแหน่ง) โดยอาศัยการตรวจจับและเชื่อมโยงคุณลักษณะเฉพาะตัวระดับจุลภาคของพื้นผิวที่เซ็นเซอร์นำทางเคลื่อนที่ผ่าน และใช้การวัดตำแหน่งของปลายแต่ละด้านของเซ็นเซอร์ภาพเชิงเส้น (เอกสาร) เพื่อสร้างภาพของเอกสารขึ้นมาใหม่ นี่คือแนวคิดการสแกนด้วยมือเปล่าที่ใช้ในเครื่องสแกนแบบพกพา HP CapShare 920 โดยการอธิบายวิธีการทางแสงที่เอาชนะข้อจำกัดของล้อ ลูกบอล และลูกกลิ้งที่ใช้ในเมาส์คอมพิวเตอร์ในปัจจุบันได้อย่างชัดเจน ทำให้เกิดการคาดการณ์ถึงเมาส์แบบออปติคอลขึ้นมา สิทธิบัตรเหล่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาหมายเลข 5,729,008 (ปี 1998) ที่มอบให้แก่ Travis N. Blalock, Richard A. Baumgartner, Thomas Hornak, Mark T. Smith และ Barclay J. Tullis ซึ่งการตรวจจับภาพลักษณะพื้นผิว การประมวลผลภาพ และการหาความสัมพันธ์ของภาพนั้นเกิดขึ้นได้ด้วยวงจรรวมเพื่อสร้างการวัดตำแหน่ง ความแม่นยำที่ได้รับการปรับปรุงของระบบนำทางด้วยแสงแบบ 2 มิติ ซึ่งจำเป็นสำหรับการประยุกต์ใช้ระบบนำทางด้วยแสงเพื่อการวัดแบบ 2 มิติที่แม่นยำของสื่อ (กระดาษ) ในเครื่องพิมพ์ขนาดใหญ่ HP DesignJet ได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติมในสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาหมายเลข 6,195,475 ที่มอบให้แก่Raymond G. Beausoleil , Jr. และ Ross R. Allen ในปี 2001

เมาส์แบบออปติคอลมักใช้ไดโอดเปล่งแสง (LED) ในการให้แสงสว่างเมื่อเริ่มเป็นที่นิยม สีของ LED ในเมาส์แบบออปติคอลอาจแตกต่างกันไป แต่สีแดงเป็นสีที่พบได้บ่อยที่สุด เนื่องจากไดโอดสีแดงมีราคาไม่แพง และโฟโตดีเทคเตอร์ซิลิคอนมีความไวต่อแสงสีแดงมาก นอกจากนี้ยังมีการใช้ LED อินฟราเรดอย่างแพร่หลาย^{[ 19 ]}บางครั้งก็มีการใช้สีอื่นๆ เช่น LED สีน้ำเงินของ V-Mouse VM-101 ที่แสดงอยู่ทางด้านขวา

เมาส์เลเซอร์ใช้ไดโอดเลเซอร์อินฟราเรด แทน LED เพื่อส่องสว่างพื้นผิวใต้เซ็นเซอร์ ย้อนกลับไปในปี 1998 Sun Microsystemsได้จัดหาเมาส์เลเซอร์ให้กับเซิร์ฟเวอร์และเวิร์กสเตชัน Sun SPARCstation ของพวกเขา^{[ 20 ]} อย่างไรก็ตาม เมาส์เลเซอร์ไม่ได้เข้าสู่ตลาดผู้บริโภคทั่วไปจนกระทั่งปี 2004 หลังจากที่ทีมงานที่ Agilent Laboratories, Palo Alto นำโดย Doug Baney ได้พัฒนาเมาส์เลเซอร์ที่ใช้VCSEL 850 นาโนเมตรซึ่งให้ประสิทธิภาพการติดตามที่ดีขึ้นถึง 20 เท่า Tong Xie, Marshall T. Depue และ Douglas M. Baney ได้รับสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกาหมายเลข 7,116,427 และ 7,321,359 สำหรับผลงานของพวกเขาเกี่ยวกับเมาส์สำหรับผู้บริโภคที่ใช้ VCSEL ที่ใช้พลังงานต่ำและมีความสามารถในการนำทางในวงกว้าง Paul Machin จากLogitechร่วมกับAgilent Technologiesได้แนะนำเทคโนโลยีใหม่นี้ในชื่อเมาส์เลเซอร์MX 1000เมาส์ตัวนี้ใช้เลเซอร์อินฟราเรดขนาดเล็ก (VCSEL) แทน LED และเพิ่มความละเอียดของภาพที่ถ่ายโดยเมาส์อย่างมีนัยสำคัญ การส่องสว่างด้วยเลเซอร์ทำให้การติดตามพื้นผิวดีขึ้นเมื่อเทียบกับเมาส์ออปติคอลที่ส่องสว่างด้วย LED ^{[ 21 ]} 

ในปี พ.ศ. 2551 Avago Technologiesได้แนะนำเซ็นเซอร์นำทางด้วยเลเซอร์ซึ่งมีตัวส่ง สัญญาณ รวมอยู่ใน IC โดยใช้เทคโนโลยีVCSEL ^{[ 22 ]}

ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2552 Logitech ได้เปิดตัวเมาส์ที่มีเลเซอร์สองตัวเพื่อติดตามบนพื้นผิวที่เป็นกระจกและพื้นผิวมันวาวได้ดียิ่งขึ้น โดยเรียกเซ็นเซอร์เลเซอร์นี้ว่า " Darkfield " ^{[ 23 ]}