保安ブレーキの機構は、常用ブレーキと同様に空気圧によりブレーキシリンダーを動かし、制輪子を車輪に押し当てて制動力を得る仕組みとなっている。このブレーキシリンダーや制輪子に関する基礎ブレーキ装置の部分は、常用ブレーキと共用となっている。空気圧を蓄積している空気だめが常用ブレーキと独立となっており、常用ブレーキ系統からの空気圧とは逆止弁によって隔離する形で、1つのブレーキシリンダーに空気圧を供給している。 保安ブレーキの制御は電気制御式、空気圧制御式、非常ブレーキの回路を指令回路に利用した方式などがある。 JRグループにおいては、電気制御式でオン電磁弁を用いた方式のことを直通予備ブレーキ（ちょくつうよびブレーキ）と称している。

法制

鉄道に関する技術上の基準を定める省令の解釈基準においては、電車や気動車など、動力分散方式の車両に関して保安ブレーキの装備を求めている。一方、機関車や客車、貨車など動力集中方式の車両にはこの義務はない。また保安ブレーキを装備していて、これにより留置中の車両の転動を防止できる車両は、留置ブレーキの設置を免除されている。