Element mechaniczny — np. masa sejsmiczna zawieszona na krzemowych belkach sprężystych — jest wytrawiany w krzemie. Jej ruch pod wpływem przyspieszenia lub obrotu zmienia mierzalną wielkość: najczęściej pojemność między ruchomymi i nieruchomymi elektrodami grzebieniowymi. Żyroskopy wykorzystują drgającą masę i efekt Coriolisa do pomiaru prędkości kątowej. Zintegrowany układ odczytowy (ASIC) zamienia sygnały na dane cyfrowe. W mikrofonach MEMS membrana ugina się pod ciśnieniem akustycznym, a w skanujących LiDAR-ach sterowane elektrostatycznie mikrolusterko odchyla wiązkę lasera. Sygnały z wielu czujników (np. akcelerometr + żyroskop w IMU) łączy się w fuzji sensorycznej, typowo filtrem Kalmana.
Klasyczne czujniki inercyjne, ciśnienia czy akustyczne były duże, drogie i energochłonne, co uniemożliwiało ich masowe stosowanie w urządzeniach mobilnych i robotach. MEMS miniaturyzują mechanikę do skali chipa i integrują ją z elektroniką w jednym procesie krzemowym, radykalnie obniżając rozmiar, koszt i pobór mocy.
