Ein Smartpen besteht aus den typischen Elementen, die auch ein herkömmlicher Kugelschreiber aufweist. Daneben verbaut der Hersteller allerdings noch eine Infrarotkamera, einen Prozessor sowie einen eigenen Datenspeicher. Auch ein Akku sowie die nötige Verbindung in Form eines Kabels oder Bluetooth darf nicht fehlen. Während des Schreibvorgangs erfasst die Kamera in der Mine die Handbewegung und überträgt diese auf das gewünschte digitale Endgerät (zum Beispiel Smartphone,Tablet oder Notebook). Wichtig hierbei ist, dass einige Smartpens ein spezielles Papier mit Punktraster benötigen, um zu funktionieren. Andere Smartpens wiederum funktionieren über ein elektromagnetisches Resonanzverfahren, wodurch kein spezielles Punktraster gebraucht wird. Sollte das gewünschte Gerät kein Bluetooth aufweisen, können die Daten auch direkt via USB übertragen oder direkt in die Cloud geladen werden.
Durch die Arbeit mit Smartstiften auf dem digitalen Papier werden alle Grafiken und Notizen mit höchster Genauigkeit erfasst. Der interne Speicher des Spezialpapiers zeichnet die Bewegungen des Smartpens auf. Auf dem Papier befinden sich kleine Punkte, welche auf dem Papier in
einem Abstand von drei Millimetern angeordnet sind. Diese Codierung ermöglicht es, dass stets neue Seiten angefangen werden können und dass bereits beschriebene Blätter erneut bearbeitet werden können. Anschliessend wird zur Übertragung auf den PC der Stift mit der entsprechenden Spezialsoftware verbunden, woraufhin die noch nicht übertragenen Informationen synchronisiert werden. Der interne Speicher eines Smartpens reicht für einige Arbeitsstunden aus und damit für sehr viele Blätter. Der einzige Nachteil solch eines Smartpens liegt in dem hohen Anschaffungspreis für das Spezialpapier. Bei einem Smartpen, der auf normalem Papier zum Einsatz kommt, wird am Papier ein Empfänger befestigt. Dieser fragt die relative Lage des Stiftes ab und speichert sie. Der Empfänger wird mit dem Smartpen per Infrarot verbunden. Es ist hier lediglich sehr wichtig zu wissen, dass vor dem Beginn einer neuen Seite mit einem Tastendruck die bereits gemachte Eingabe am Empfänger abgeschlossen werden muss. Später werden die Eingaben erneut über das USB-Kabel vom Empfänger auf den PC oder Laptop übertragen. Der einzige Nachteil eines solchen Smartpens besteht darin, dass die Schrift nicht weit weg vom Empfänger sein darf. Dies bedeutet, dass auf grössere Papierformate verzichtet werden muss.
Mit einem Smartpen für Normalpapier können Linshänder unter Umständen etwas Probleme haben. Denn bei den Linkshändern ist die Haltung beim Schreiben anders als bei einem Rechtshänder. Die für Linkshänder typische Haltung beim Schreiben kann wegen des abweichend positionierten Handrückens als Hindernis zwischen dem Sender und dem Empfänger fungieren und somit dazu führen, dass Notizen vom Empfänger gar nicht gespeichert werden. Daher stellt für Linkshänder ein Smartpen mit Spezialpapier eine bessere Auswahl dar.
Unter den verschiedenen Smartpens, die es zurzeit im Handel gibt, verfügen so einige über zusätzliche Funktionen. So können einige von ihnen neben ihrer grundlegenden Funktion auch die eines Eingabegerätes für Grafiktabletts oder einer Maus übernehmen. Daneben besitzen einige Smartpens eine Audiofunktion. Dies bedeutet, dass neben der Aufnahme von schriftlichen Zeichnungen selbst gesprochene Kommentare abgespeichert werden können. Einige Modelle können selbst die Notizen kabellos (über WiFi) an den Computer senden.