Mecanum-Räder bestehen aus Rollen mit einer besonderen Geometrie, die in einem speziellen Winkel von 45 Grad angeordnet sind und es dem Fahrzeug ermöglichen, sich vorwärts-rückwärts, diagonal-seitwärts zu bewegen, sich an Ort und Stelle zu drehen und in alle Richtungen zu fahren. Die Mechanum-Räder erhöhen theoretisch den Freiheitsgrad des Fahrzeugs, in dem sie eingesetzt werden.
Bei der Vorwärts-Rückwärts-Bewegung drehen sich alle Rollen und verschieben sich auf der Achse der Getriebeausgangswelle. Bei der Diagonalbewegung führen die Rollen von nur zwei Rädern, einem Vorder- und einem Hinterrad, Rotations- und Translationsbewegungen aus, während die Rollen des anderen Rades, die in Kontakt mit der Bodenebene stehen, sich um ihre eigene Wellenachse drehen. Während der seitlichen Bewegung drehen sich die Hinter- und Vorderräder in entgegengesetzter Richtung zueinander. Wenn die Drehbewegung in eine Seitenkraft umschlägt, drehen sich die Rollen um ihre eigenen Achsen und gleiten unter dem Einfluss der Seitenkraft.
Mecanum-Räder können je nach Arbeitsumgebung, in der sie eingesetzt werden, oder für eine bestimmte Aufgabe speziell gestaltet werden. Das wichtigste Merkmal der Mecanum-Fahrzeuge ist, dass sich die Räder des Fahrzeugs unabhängig voneinander bewegen können. Das bedeutet, dass sich der Freiheitsgrad des Fahrzeugs erhöht.
Grundsätzlich kann man von 10 Bewegungen sprechen: vorwärts gerade/rückwärts gerade, rechts schieben/links schieben, vorwärts und rechts diagonal, vorwärts und links diagonal, zurück und rechts diagonal, rückwärts und links diagonal, Drehung im Uhrzeigersinn und Drehung gegen den Uhrzeigersinn.