Klocki hamulcowe są jednym z podstawowych elementów układu hamulcowego opartego o hamulce tarczowe. Ich zadanie polega na zatrzymywaniu samochodu poprzez zacisk klocków na tarczy hamulca. Klocki hamulcowe umieszczone są w specjalnym (najczęściem przesuwnym) zacisku. Po naciśnięciu pedału hamulca, płyn hamulcowy jest wprowadzany jest przez króciec i kanaliki w zacisku w okolice tłoczków w zacisku. Następuje wstępne dosunięcie wewnętrznego klocka do tarczy oraz odepchnięcie zacisku na sworzniach umieszczonych w jarzmie. Zacisk przesuwając się w stronę wnętrza samochodu powoduje przylgnięcie do tarczy drugiego klocka. Po tej operacji cała siła jest kierowana na równomierne dociśnięcie obydwu klocków. Docisk klocków po obydwu stronach tarczy jest utrzymywany do momentu zwolnienia pedału hamulca.
W najprostszych rozwiązaniach klocki hamulcowe składają się z trzech podstawowych warstw, w najbardziej rozbudowanych z pięciu. Podstawę stanowi specjalna płytka nośna, nazywana plecami. Jest ona wykonana z tłoczonej, wysoko rozciągliwej stali, chronionej przed korozją i agresywnymi związkami chemicznymi powłoką lakieru proszkowego. W dobrej klasy klockach hamulcowych na płytkę nośną nakłada się dodatkową warstwę podkładową (o grubości ok. 3 mm). Jej zadaniem jest absorbowanie drgań, a także obniżanie temperatury zacisku oraz ciepła odbieranego przez płyn hamulcowy (działa jak izolator termiczny).
Do produkcji materiału ciernego klocków hamulcowych wykorzystuje się około 20 różnych mieszanek powstałych z ponad 130 składników, m.in. powłoki krzemianowe. Wytrzymują one bardzo wysokie ciśnienie dochodzące do 140 barów oraz temperaturę przekraczającą 700 st. C. Na spodniej płaszczyźnie płytki nośnej montowane są również pojedyncze nakładki tłumiące niepożądane hałasy (specjalne uszczelnienie gumowe tłumi też drgania powstające w wyniku eksploatacji klocków hamulcowych) lub podwójne na obydwu stronach. Rozwiązanie to nosi nazwę shim (z ang. podkładka), ich aplikacja zaś odbywa się na gorąco.
Nie ma jednego ustalonego przebiegu, po którym należy wymieniać klocki hamulcowe. Warunkuje ją jednak grubość ich okładzin ciernych – przyjmuje się, iż wartość graniczna powinna wynosić co najmniej 1,5 mm. Dodatkowo w większości zacisków zainstalowane są specjalne blaszki, które podczas hamowania (przy zużytych klockach) wydają metaliczny dźwięk. Klocki, które nie mają blaszek, piszczą przy znacznym zmniejszeniu grubości swoich okładzin. W nowych samochodach coraz częściej pojawia się komputerowa kontrola grubości klocków, która informuje kierowcę o konieczności ich wymiany komunikatem na wyświetlaczu.