Современное устройство чаще всего представляет собой диск диаметром 28-35 см и высотой 9-13 см. В передней части робота обычно находится «бампер» — большой контактный сенсор, с помощью которого робот определяет столкновение с препятствиями. Внутри «бампера» обычно находятся бесконтактные датчики определения препятствий (состоящие из источника инфракрасного излучения и измерителя величины отраженного сигнала).

Для работы робот-пылесос использует внутренние аккумуляторы (Ni-MH, Li-ion и LiFePo4^[2]) и нуждается в регулярной подзарядке от специального модуля — «Базы» (также часто на роботе присутствует гнездо для ручной зарядки — но данная возможность обычно не используется). Большинство моделей умеют самостоятельно находить «Базу» и подключаться к ней по завершении уборки. Зарядка занимает порядка 2-5 часов (в зависимости от типа и ёмкости аккумуляторов).

Во время уборки робот самостоятельно движется по заданной поверхности, убирая с неё мусор. Встретив на пути препятствие, робот принимает решение о способе его преодоления на основе специальных алгоритмов.

Роботы-пылесосы, как правило, имеют небольшую высоту, достаточно низкую, чтобы пройти под кроватью или другой мебелью. Если робот-пылесос поймет, что он застрял, он перестанет двигаться, и начнет подавать звуковые сигналы, помогающие владельцу его обнаружить. Часто причиной застревания являются провода или вещи разбросанные по полу, которые наматываются на щетки робота и блокируют их.

В зависимости от модели, в комплектацию может также входить «Виртуальная стена» (или магнитная лента), которая позволяет оградить убираемую территорию.