抬頭顯示技術的原理是將汽車的道路信息通過投影的方式呈現給駕駛員。

其關鍵部件包括投影單元和擋風玻璃。投影單元從車上獲取車速、路況等數據，然后通過控制單元生成圖像，并在投影儀輸出。擋風玻璃夾層內部的 PVB 膜呈楔形，能避免圖像重影。

按照顯示屏的不同，HUD 分為 CHUD、WHUD 以及 AR-HUD 。CHUD 是將信息鏡像到透明面板，可加裝和拆卸，成本低且應用普遍。WHUD 利用光學反射原理，直接把信息顯示在擋風玻璃上，顯示效果更一體化。AR-HUD 是 W-HUD 系統的一類，需集成駕駛員監控和前向物體識別系統，能融合實際路況場景進行顯示。

目前運用在 HUD 上的投影技術主要有 LED 投影、激光掃描投影、DLP 投影、LCOS 投影等。LED 投影是基礎技術，成本低但靈活性和效果較差。

HUD 工作時，通過圖像生成器生成圖像，再經光學設備放大投影到帶有 PVB 膜的擋風玻璃上，拉遠后呈現在駕駛員眼中。其控制處理單元將汽車儀表盤、中控等數據傳輸至投射單元形成影像，經過光學反射或折射投影至駕駛員視線前方的特定屏幕上。

最初 HUD 用于飛機，能讓飛行員不低頭獲取重要信息，汽車使用 HUD 也是為避免駕駛員低頭看儀表而忽視路況，降低事故發生率。