Les machines à sous modernes doivent leur conception à Charles Fey, originaire de San Francisco. Sa machine utilisait un mécanisme automatique destiné à faire tourner trois bobines comportant des  images. Les bobines originales de Fay comptaient cinq symboles différents : le fer à cheval, le Carreau, le Pique, le Cœur et la cloche « Liberty bell ». Ce dernier symbole devint tout de suite une véritable icône et donna son nom à la machine de Fey.

Le fonctionnement de base des machines à sous n’a pas changé depuis l’apparition de la Liberty Bell. Le joueur doit toujours tirer le levier et espère que les images de la bobine s'aligneront pour remporter le jackpot. Il existe cependant certaines différences entre les machines du passé et celles d’aujourd’hui : les combinaisons gagnantes et la remise des gains. Les machines à sous modernes fonctionnent à partir d’un ordinateur et non d’un système mécanique, il est donc possible de jouer avec plus de trois bobines à la fois. Les machiens à cinq bobines sont de plus en plus prisées, et certains casinos sont même dotés des rares machines à sept bobines. Bien entendu, plus la machine comporte de bobines, plus il devient difficile de gagner.

Sur les premières machines à sous, les joueurs devaient seulement aligner les symboles sur une ligne de gains. Même si les joueurs ont toujours la possibilité de jouer une seule ligne à la fois, nombre d’entre eux choisissent de jouer plusieurs lignes simultanément. En jouant plusieurs lignes, un joueur accroît ses chances de décrocher le jackpot. Bien entendu, le prix d'une partie varie en fonction du nombre de lignes sélectionnées.

Le jeu des machines à sous modernes repose entièrement sur le hasard. Toutes les machines à sous informatisées disposent d'un générateur de nombres aléatoires qui entraîne la bobine d’une manière mathématiquement aléatoire à chaque partie. Il n’existe aucun moyen de contrecarrer les propriétés statistiques d’une machine à sous en y jouant d'une certaine façon. Le seul moyen d’influencer les paramétrages mathématiques d’une machine est de réinitialiser le poids de la machine. Le poids d’une machine à sous détermine ses chances de gains selon des programmes inscrits sur la puce de l’ordinateur. La plupart des machines à sous sont réglées pour être gagnantes 90% du temps. Cela signifie que le joueur gagnera 90% de ses parties, mais que le casino empochera les 10% restant.

Les chances de gains peuvent également varier si la machine à sous est progressive. À l’inverse des machines individuelles sur pied du passé, les machines progressives sont reliées les unes aux autres via un système électronique, formant ainsi une seule et même super machine. Les parties jouées sur chaque machine sont mises en commun pour augmenter le jackpot. Comme le jackpot augmente à chaque partie, les machines progressives peuvent accumuler des jackpots bien supérieurs à ceux des systèmes de jeux traditionnels. Pour décrocher le plus gros jackpot possible, les joueurs doivent souvent jouer plus d'une pièce à la fois. En jouant plusieurs lignes de gains avec une mise maximale, les joueurs de machines progressives sont assurés de décrocher la somme maximale en cas de jackpot.

Le paiement des gains a lui aussi radicalement changé depuis les premières machines à sous. Les toutes premières machines ne possédaient même pas de système de paiement automatique et nécessitaient la présence d'un agent pour payer les gains. Les gains pouvaient être remis sous forme d’argent ou de biens matériels, comme des boissons gratuites au bar. À l’inverse des anciennes machines à sous, les machines d'aujourd'hui sont extrêmement standardisées en matière de remise des gains. La plupart des machines restituent les gains sous la forme d’un reçu électronique faisant état des gains du joueur. Il est ensuite de la responsabilité du joueur de prendre le reçu et de l’échanger à la caisse contre de l’argent.