Los modernos ratones ópticos independientes de la superficie funcionan utilizando un sensor optoelectrónico (esencialmente, una diminuta cámara de vídeo de baja resolución) para tomar imágenes sucesivas de la superficie sobre la que opera el ratón. Con el abaratamiento de la potencia de cálculo, fue posible integrar en el propio ratón chips de procesamiento de imágenes más potentes y especiales. 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. 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 de ordenador modernos disponibles en el mercado fueron el IntelliMouse de Microsoft con IntelliEye y el IntelliMouse Explorer, introducidos en 1999 con tecnología desarrollada por Hewlett-Packard. Funcionaba en casi cualquier superficie y representaba una grata mejora con respecto a los ratones mecánicos, que recogían la suciedad, se movían caprichosamente, invitaban a la manipulación brusca y debían desmontarse y limpiarse con frecuencia. Otros fabricantes no tardaron en seguir el ejemplo de Microsoft, utilizando componentes fabricados por la empresa derivada de HP, Agilent Technologies, y en los años siguientes los ratones mecánicos quedaron obsoletos.
La tecnología en la que se basa el moderno ratón óptico de ordenador se conoce como correlación de imagen digital, una tecnología de la que fue pionera la industria de defensa para el seguimiento de objetivos militares. En el ratón óptico Lyon de 1980 se utilizó una versión simple de imagen binaria de la correlación de imagen digital. Los ratones ópticos utilizan sensores de imagen para captar la textura natural de materiales como la madera, la tela, las alfombrillas de ratón y la fórmica. Estas superficies, cuando se iluminan en un ángulo de pastoreo con 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 utiliza el flujo óptico en los ratones ópticos, imagine dos fotografías del mismo objeto, pero ligeramente desplazadas entre sí. 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 ordenador, la distancia que se ha movido.
Los ratones ópticos capturan mil imágenes sucesivas o más por segundo. Dependiendo de la velocidad a la que se mueva el ratón, cada imagen se desviará de la anterior en una fracción de píxel o en varios píxeles. Los ratones ópticos procesan matemáticamente estas imágenes utilizando la correlación cruzada para calcular cuánto se desplaza cada imagen sucesiva con respecto a la anterior.
Un ratón óptico podría utilizar un sensor de imagen con una matriz de 18 × 18 píxeles monocromáticos. Su sensor compartiría normalmente el mismo ASIC que el utilizado para almacenar y procesar las imágenes. Una de las mejoras consistiría en acelerar el proceso de correlación utilizando la información de los movimientos anteriores, y otra mejora consistiría en evitar las bandas muertas cuando se mueven lentamente añadiendo interpolación o salto de fotogramas.
El desarrollo del ratón óptico moderno en Hewlett-Packard Co. fue apoyado por una sucesión de proyectos relacionados durante la década de 1990 en los laboratorios HP. En 1992 se concedió a William Holland la patente estadounidense 5.089.712 y a John Ertel, William Holland, Kent Vincent, Rueiming Jamp y Richard Baldwin la patente estadounidense 5.149.980 para medir el avance lineal del papel en una impresora mediante la correlación de imágenes de las fibras del papel. Ross R. Allen, David Beard, Mark T. Smith y Barclay J. Tullis obtuvieron las patentes estadounidenses 5.578.813 (1996) y 5.644.139 (1997) por unos principios de navegación óptica bidimensional (es decir, de medición de la posición) basados en la detección y correlación de las características microscópicas inherentes a la superficie por la que se desplaza el sensor de navegación, y en la utilización de las mediciones de la posición de cada extremo de un sensor de imagen lineal (del documento) para reconstruir una imagen del documento. Este es el concepto de escaneo a mano alzada utilizado en el escáner de mano HP CapShare 920. Al describir un medio óptico que superaba explícitamente las limitaciones de las ruedas, bolas y rodillos utilizados en los ratones de ordenador contemporáneos, se anticipó el ratón óptico. Estas patentes constituyeron la base de la patente estadounidense 5.729.008 (1998) concedida 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 superficiales, el procesamiento de imágenes y la correlación de imágenes se realizaron mediante un circuito integrado para producir una medición de posición. La mejora de la precisión de la navegación óptica en 2D, necesaria para la aplicación de la navegación óptica a la medición precisa en 2D del avance del soporte (papel) en las impresoras de gran formato HP DesignJet, se perfeccionó en la patente estadounidense 6.195.475 concedida en 2001 a Raymond G. Beausoleil, Jr, y Ross R. Allen.
Mientras que la reconstrucción de la imagen en la aplicación de escaneo de documentos (Allen et al.) requería una resolución por parte de los navegadores ópticos del orden de 1/600 de pulgada, la implementación de la medición de la posición óptica en los ratones de ordenador no sólo se beneficia de las reducciones de costes inherentes a la navegación a menor resolución, sino que también disfruta de la ventaja de la retroalimentación visual al usuario de la posición del cursor en la pantalla del ordenador. En 2002, Gary Gordon, Derek Knee, Rajeev Badyal y Jason Hartlove obtuvieron la patente estadounidense 6.433.780 por un ratón óptico de ordenador que medía la posición mediante correlación de imágenes. Algunos trackpads pequeños funcionan como un ratón óptico.