Frene uygulanan kuvveti defalarca kez arttırarak çok büyük bir çıkış kuvveti elde edilmesini sağlayan hidrolik fren sistemleri, frene küçük kuvvetlerin uygulanmasıyla bile araçların kolaylıkla yavaşlatılabilmesine ve durdurulabilmesine olanak sağlamaktadır.
Hidrolik fren sistemlerinde iki farklı düzenek kullanılarak ayakla frene uygulanan giriş kuvveti büyük bir çıkış kuvvetine dönüştürülür. Elde edilen bu çıkış kuvveti de fren disklerini sıkıştırarak aracı durdurabilmesi için balatalara aktarılır. Hidrolik fren sistemlerinde giriş kuvvetini büyük bir çıkış kuvvetine dönüştürmek için öncelikle bir kaldıraç sistemi kullanılır. Bu sistemde uzun bir metal olan fren levyesinin bir ucunda fren pedalı bulunurken, fren levyesi diğer uçtan araca sabitlenir. Araca sabitlenen uca yakın bir noktada bulunan itme çubuğu ise hidrolik frenin merkez pompasına itme kuvveti uygular. Bu şekilde frene kuvvet uygulandığında, fren levyesinin sabitlendiği nokta ile fren pedalı arasındaki mesafenin, yine aynı nokta ile itme çubuğu arasındaki mesafeye oranı kadar bir kuvvet kazancı meydana gelir ve uygulanan kuvvet bu oranda artarak hidrolik sistemin merkez pompasını sıkıştırır.
Frenin hidrolik mekanizması 3 ana bölümden oluşur. Bunlar fren ana merkezi, hidrolik yağı ile dolu çelik borular ve tekerleklerdeki silindirlerdir. Fren ana merkezi hidrolik yağını depolar ve basınç oluşturan pistonlar da burada yer alır. Hidrolik sistemlerde genellikle güvenlik amacıyla iki ayrı yağ deposu ve iki ayrı piston kullanılır. Hidrolik yağının eksildiği durumlarda birinci piston ikinci pistonu tetikleyerek yedek sistemin devreye girmesini sağlar. Ayrıca her iki alt sistemdeki basınç seviyeleri elektronik devrelerle kontrol edilir ve basınçlarda bir dengesizlik olursa araç hidrolik uyarısı verir.
Frene uygulanan kuvvet kaldıraç sistemi ile arttırıldıktan sonra hidrolik sisteme aktarılır. Hidrolik sistem sıvıların basıncı iletmesi prensibine göre çalışır. Bu prensibe göre kapalı bir kaptaki sıvıya uygulanan kuvvet ile oluşan basınç, kabın her tarafına eşit olarak iletilir. İşte bu özellikten faydalanılarak hidrolik fren sisteminde pedala kuvvet uygulandığında merkez pompanın silindirinde bir basınç oluşturulur ve oluşturulan bu basınç çelik borular içindeki hidrolik yağı vasıtasıyla tekerleklerdeki pistonlara ulaştırılır. Bu pistonların yüzeyleri merkez pistonuna göre daha küçük olduğundan iletilen basıncın tekerleklerdeki pistonlarda çok daha büyük bir çıkış kuvvetine dönüşmesi sağlanır ve bu çıkış kuvveti de fren balatalarına aktarılarak disklerin sıkıştırılması sağlanır. Hem kaldıraç sistemiyle hem de hidrolik sistemle kuvvet defalarca kez büyütüldüğü için tonlarca ağırlıktaki araçlar çok küçük kuvvetler uygulanarak durdurulabilir.