Ratos ópticos modernos independentes da superfície, usando um sensor optoelectrónico (essencialmente, uma minúscula câmara de vídeo de baixa resolução) para obter imagens sucessivas da superfície em que o rato opera. À medida que o poder computacional ficou mais barato, tornou-se possível incorporar chips mais potentes de processamento de imagens de propósito especial no próprio mouse. Este avanço permitiu ao rato detectar movimentos relativos numa grande variedade de superfícies, traduzindo o movimento do rato no movimento do cursor e eliminando a necessidade de um mouse-pad especial. Um projeto de mouse óptico de luz coerente e independente da superfície foi patenteado por Stephen B. Jackson na Xerox em 1988.
Os primeiros mouses ópticos modernos disponíveis comercialmente eram o Microsoft IntelliMouse com IntelliEye e IntelliMouse Explorer, introduzidos em 1999 usando a tecnologia desenvolvida pela Hewlett-Packard. Trabalhou em quase toda a superfície, e representou uma melhoria bem-vinda sobre os ratos mecânicos, que pegariam a sujeira, seguiriam caprichosamente, convidariam o manuseio áspero, e precisariam ser desmontados e limpos frequentemente. Outros fabricantes logo seguiram a liderança da Microsoft usando componentes fabricados pela HP spin-off Agilent Technologies, e nos anos seguintes os ratos mecânicos tornaram-se obsoletos.
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A tecnologia subjacente ao moderno mouse óptico do computador é conhecida como digital image correlation, uma tecnologia pioneira pela indústria de defesa para rastrear alvos militares. Uma versão simples de imagem binária de correlação de imagem digital foi utilizada no rato óptico de Lyon de 1980. Os ratos ópticos usam sensores de imagem para imagearem a textura natural em materiais como madeira, tecido, tapetes de rato e fórmica. Estas superfícies, quando iluminadas em ângulo de pastagem por um diodo emissor de luz, lançam sombras distintas que se assemelham a um terreno montanhoso iluminado ao pôr-do-sol. Imagens destas superfícies são capturadas em sucessão contínua e comparadas entre si para determinar até onde o rato se moveu.
Para compreender como o fluxo óptico é usado em ratos ópticos, imagine duas fotografias do mesmo objecto, excepto ligeiramente deslocadas uma da outra. Coloque ambas as fotografias sobre uma mesa de luz para torná-las transparentes, e deslize uma sobre a outra até que as suas imagens se alinhem. A quantidade que as bordas de uma fotografia se sobrepõem à outra representa o deslocamento entre as imagens, e no caso de um rato óptico de computador a distância que este se deslocou.
Ratos ópticos capturam mil imagens sucessivas ou mais por segundo. Dependendo da velocidade do movimento do mouse, cada imagem será deslocada em relação à anterior por uma fração de pixel ou até mesmo por vários pixels. Ratos ópticos processam matematicamente estas imagens usando correlação cruzada para calcular quanto cada imagem sucessiva é deslocada em relação à anterior.
Um rato óptico pode usar um sensor de imagem com uma matriz de 18 × 18 pixéis monocromáticos. Seu sensor normalmente compartilharia o mesmo ASIC que o usado para armazenar e processar as imagens. Um refinamento seria acelerar o processo de correlação usando informações de movimentos anteriores, e outro refinamento seria evitar bandas mortas ao mover-se lentamente adicionando interpolação ou frame-skipping.
O desenvolvimento do mouse óptico moderno na Hewlett-Packard Co. foi apoiado por uma sucessão de projetos relacionados durante os anos 90 nos Laboratórios HP. Em 1992, William Holland recebeu a Patente 5.089.712 e John Ertel, William Holland, Kent Vincent, Rueiming Jamp e Richard Baldwin receberam a Patente 5.149.980 dos EUA por medir o avanço linear do papel em uma impressora através da correlação de imagens de fibras de papel. Ross R. Allen, David Beard, Mark T. Smith e Barclay J. Tullis receberam as Patentes US 5.578.813 (1996) e 5.644.139 (1997) por princípios de navegação óptica bidimensional (isto é, medição de posição) baseados na detecção e correlação de características microscópicas inerentes à superfície sobre a qual o sensor de navegação viajava e usando medições de posição de cada extremidade de um sensor de imagem linear (documento) para reconstruir uma imagem do documento. Este é o conceito de digitalização à mão livre usado no scanner portátil HP CapShare 920. Ao descrever um meio óptico que ultrapassou explicitamente as limitações das rodas, bolas e rolos utilizados nos ratos de computador contemporâneos, o rato óptico foi antecipado. Essas patentes formaram a base da Patente 5.729.008 (1998) dos EUA concedida a Travis N. Blalock, Richard A. Baumgartner, Thomas Hornak, Mark T. Smith e Barclay J. Tullis, onde a detecção de imagens, o processamento de imagens e a correlação de imagens foram realizados por um circuito integrado para produzir uma medição de posição. Melhor precisão de navegação óptica 2D, necessária para aplicação de navegação óptica para medição precisa 2D de avanço de mídia (papel) em impressoras HP DesignJet de grande formato, foi aperfeiçoada na patente americana 6.195.475 concedida em 2001 a Raymond G. Beausoleil, Jr., Raymond G. Beausoleil, e Ross R. Allen.
Embora a reconstrução da imagem na aplicação de digitalização de documentos (Allen et al.) exigisse resolução por parte dos navegadores ópticos na ordem de 1/600 de polegada, a implementação da medição da posição óptica em ratos de computador não só beneficia das reduções de custos inerentes à navegação em resolução mais baixa, como também desfruta da vantagem do feedback visual para o utilizador da posição do cursor no ecrã do computador. Em 2002, Gary Gordon, Derek Knee, Rajeev Badyal e Jason Hartlove receberam a patente americana 6.433.780 para um mouse óptico de computador que mediu a posição usando correlação de imagens. Alguns pequenos trackpads funcionam como um rato óptico.