En smartpenna är en enhet som tillåter alla de vanliga egenskaperna hos en grundläggande kulspetspenna, men som också har några mer tekniskt innovativa funktioner. Dessa funktioner inkluderar en mikrofon, högtalare och en liten skärm med organisk lysdiod (OLED). En smartpenna kommer vanligtvis också att ha en liten infraröd kamera inbyggd i spetsen på handtaget, nära själva pennan, som spårar pennans rörelser för att spela in de ord och bilder som en användare gör. Om det används med specialdesignat papper, tillåter detta användaren att spela in fullständiga anteckningsböcker med information som sparas på pennan och som kan laddas upp till en dator via en USB-port (Universal Serial Bus).
En smartpen fungerar främst med anteckningsböcker eller lösa ark med specialtryckt prickpapper. Detta papper är täckt med små mikroprickar som gör att den lilla kameran kan spåra pennans position på själva papperet. Dessa mikroprickar gör att pennan kan registrera varje ord och rad som pennans användare gör. Papperet har också kontroller för pennan som är tryckt längst ner på sidan, och att trycka på pennans spets för dessa utskrivna bilder fungerar precis som att trycka på en knapp. Medan anteckningsböcker fulla av detta prickpapper finns tillgängliga från en smartpen-tillverkare, kan prickpappret till och med göras med en vanlig skrivare.
Att ha en smartpenna med högtalare och mikrofon inbyggd betyder att användaren kan spela in ett möte eller klassrumslektion samtidigt som han gör anteckningar, allt med en enda enhet. En smartpen har en mycket känslig mikrofon med brusreduceringsteknik för att fånga upp även ganska avlägsna röster samtidigt som bakgrundsljud elimineras. De flesta smartpennor har även ett uttag för hörlurar som kan kopplas in i toppen av pennan så att användaren kan lyssna tillbaka på det som spelats in utan att andra hör det.
Eftersom pennan kan spela in ljud genom mikrofonen, samtidigt som den spelar in raderna som en smartpen-användare gör på sidan, kan en användare också komma åt inspelat ljud baserat på papperet. En användare kan lyssna på inspelat ljud och peka på pennan till ett ord skrivet på en sida och ljudet hoppar framåt eller bakåt till den punkt där ordet skrevs. Detta innebär att en användare kan göra allmänna anteckningar och sedan använda nyckelorden som skrivits på sidan för att hoppa till en specifik del av en lektion eller ett möte.
OLED-skärmen på pennan tillåter en användare att bättre interagera med applikationer som är designade för användning med en smartpenna. Detta kan inkludera program som låter en användare skriva ett ord på prickpappret på engelska och sedan se en spansk översättning av ordet på pennans display. Smartpennan kan till och med räkna ut matematiska beräkningar genom att trycka på pappersknapparna på en miniräknare som är tryckt på insidan av anteckningsboken och använda den för att se svaret på pennan.