Способността да се самобалансира е една от най-изключителните възможности на Segway и е един от основните способи той да функционира. За да разберем как ситемата работи ни помага моделът на Kamen за неговото устройство - човешкото тяло. Когато се изправите и се наклоните напред, така че да нарушите баланса си Вие най-вероятно няма да паднете напред. Вашият мозък знае, че сте нарушили баланса си, защото се променя течността във вътрешното Ви ухо и заради това той Ви кара да сложите крака си пред Вас и по този начин да спрете падането. Ако продължите да се накланяте напред, Вашият мозък ще продължи да слага краката Ви пред Вас, за да ви държи изправен, по този начин ще се движите напред стъпка по стъпка. Segway функционира по много сходен начин, с изключение на това, че той има колела вместо крака, мотор вместо мускули, микропроцесори вместо мозък и усъвършенствани сензори за наклона вместо балансираща система на принципа на вътрешното ухо. Подобно на мозъка Ви, Segway знае кога се навеждате напред. За да запази баланс, той завърта колелата с нужната скорост, за да се задвижите напред. Segway нарича това поведение динамична стабилизация и е патентовал уникалния процес, който позволява на Segway да балансира на две колела. В основата си Segway е комбинация от серия от сензори, контролна система и моторна система. В този раздел ще разгледаме всеки един от тези елементи отделно.Основната сензорна система е съвкупност от жироскопи. Основният жироскоп представлява въртящо се колело, което се намира в стабилна рамка. Въртящ се предмет не променя оста си на въртене, защото приложената сила се движи заедно с предмета. Например ако натиснете въртящото се колело в дадена точка, която се намира отгоре, тази точка се придвижва в предната част на колелото, докато в същото време то все още е под въздействито на приложената сила. И понеже точката продължава да се движи, в крайна сметка тя прилага сила в другия край на колелото - по този начин силата се самобалансира. Заради противодействието си с външни сили, колелото на жироскопа ще запази позоцията си в пространството (относно земята), дори и когато го накланяте. Но рамката на жироскопа ще се движи свободно в просртанството. Като измери точната разликата в позицията на въртящото се колело на жироскопа и неговата рамка, определен сензор може да определи наклона на даден предмет (до колко се разминава от изправена позиция) и степента на накланяне (колко бързо се накланя предметът). Конвенционален жироскоп би бил неудобен и труден за използване в такъв тип превозно средство, затова Segway получава същия ефект с друг вид механизъм. Segway използва специален солиден и ъгловиден сензор за скорост, направен от силикон. Този жироскоп определя въртенето на предмета като използва ефекта на Coriolis в много малък мащаб. Казано просто - ефектът на Coriolis е забележимото въртене на предмет, който се движи в зависимост с друг въртящ се предмет. Например самолет, който се движи в права линия изглежда, че завива защото земята под него се върти. Типичният полупроводников, силициев жироскоп се състои от малка силиконова пластинка, монтирана на поддържаща рамка. Силиконовите частици се движат от електростатичен ток, който минава през пластинката. Частиците се движат по определен начин, който кара пластинката да вибрира по предвидим начин. Но когато пластинката се завърти около оста си (това става когато Segway се върти в определената от нея равнина), частиците веднага започват да сменят посоката си с тази на пластината. Това променя вибрацията и сменя пропорцията на степента на въртене. Ситемата от жироскопи измерва тази промяна във вибрацията и предава информцаията на компютъра. По този начин компютърът може да разбере кога Segeway се върти около дадена oс. Segway има пет жироскопични сензори, но се нуждае само от три за да усеща наклоните напред и назад и навеждането наляво и надясно (наречено търкаляне). Другите два сензора добавят по-голяма подсигуреност, за да направят машината по-надеждна. Цялата информация относно наклона и информацията от допълнителните сензори за наклон се предава на мозъка на машината. Мозъкът се състои от два кръгли контролни електронни борда, които съдържат куп микропроцесори. Segway има много микропроцесори, които заедно дават около три пъти повече мощност от едно типично PC. Машината се нуждае от толкова много умствен капацитет, защото трябва да прави много точни настройки, за да Ви предпази от падане. Ако единият борд се счупи, другият ще поеме всичките му функции, а системата ще може да уведоми водача за повредата и машината ще може да бъде спряна. Микропроцесорите изпозват много модерен софтуер, който контролира машината. Тази програма следи цялата информация за стабилността, която идва от сензорите на жироскопите и регулира скоростта на няколко електрически мотора в зависимост от нея. Електрическите мотори, които се захранват от никелови-металохидридни, акумулаторни батерии (NiMH), могат да въртят всяко едно от колелата по отделно с различна скорост. Когато машината се наклони напред, моторите завъртат и двете колела напред, за да Ви предпазят от падане. Когато машината се наклони назад, моторите завъртат и двете колела назад. Когато водачът използва ръчката за завиване, за да завие наляво или надясно, моторите завъртат едното колело по-бързо от другото или завъртат колелата в различни посоки за да завъртят машината.