一套完整的车牌识别系统主要由三大部分组成，包括前端路口采集识别控制部分、网络传输部分和中线管理部分。虽然车牌识别系统已在各个道路、停车场管理等方面发挥着重要的作用，但是其发展至今，在使用过程中，仍有一些问题需要解决。
其前端路口控制系统包括采集单元、补光单元、触发单元、识别控制单元等部分。当触发单元检测到车辆时，即发送信息给采集单元，其会随即对车辆进行捕捉抓拍和辨识，并形成可上传的识别信息，包括车辆牌照号、牌照颜色、字符及车型、车辆颜色，有的系统还包括车辆前排乘坐人员的特征状况等。
采集单元主要是指前端摄像机，因道路环境较为复杂，其所使用的摄像机比一般监控用的摄像机要求高很多。现在照车牌的摄像机主要使用在出入口、高速公路和城市道路上。因室外环境非常复杂，高低温、雨雪、烟雾等的影响造成车牌无法辨识，甚至中午强光照射等，都有可能因为摄像机快门、进光量，以及其他功能无法适当配合而不能将车牌清晰地辨识出来。
正是由于一系列因素的影响，车牌识别用摄像机不仅需要动态范围宽、低照度等，还要求具备强光抑制功能，此项功能主要是为了解决在夜间环境光照不足而又缺少补光的条件下，因车牌周边汽车强光灯照射而导致车牌部分曝光不足，出现车牌模糊或根本无法辨识的情况。
现在道路监控中使用的摄像机分标清与高清两种，其中高清摄像机一般为百万像素IP摄像机，甚至有的是300万或500万像素的高清摄像机，1台高清摄像机可代替多台标清摄像机，并同时可监看多个车道，甚至可看清驾驶员的面部等。但因其采用CMOS传感器，低照度性能差，夜晚效果不佳，而标清摄像机虽然清晰度不如高清摄像机，但夜间低照效果却高于高清摄像机，这样就会大大提升夜晚的识别率。但不可否认的是，高清摄像机已成为未来的一个应用方向。
除此之外，夜间十字路口闯红灯抓拍系统对摄像机要求也很高。由于夜间周边环境较暗，红绿灯的亮度比周边环境亮很多，摄像机会默认为亮度信息，从而无法表现出真实的颜色，使红绿灯的颜色无法看清楚，尤其是红灯与黄灯。
在夜间光线不足的情况下，仅靠摄像机技术仍无法清楚地辨识到满足要求的车牌信息（车牌颜色、字符等），通常都还会安装补光灯，以获取清晰地车辆信息。这些补光单元与摄像机配套的，传统使用的是常明灯，但此种灯耗电量大，不够环保，现在已改为闪光灯和LED灯。但由于闪光灯会给驾驶员开车带来影响，因此交管部门已开始禁止使用，而LED则属于较新的技术，较为环保，且光亮度也足够，已逐步发展成为主流。补光灯在夜间主要与摄像机配合进行抓拍，以在夜间光纤不足的情况下，抓拍到的车牌及包括车牌颜色、车牌字符，甚至车辆颜色及前排驶乘人员面部特征等，使图像较为清晰，以备存储。
车牌识别系统的触发单元主要是用来检测车辆是否抵达抓拍区域。如在高速公路上安装车牌识别系统时，当触发单元检测到车辆已驶达抓拍区域时，即发送信号给摄像机进行抓拍，摄像机将抓拍的信息发送给识别单元。目前主要使用的触发方式有地感线圈型车辆检测器、雷达测速，以及视频触发等方式。
其中地感线圈是在需抓拍的道路适当位置理一个线圈，当车辆压过线圈时，车辆检测器检测到线圈的感应信号，随即发送信号给主机，控制摄像机进行抓拍。此种地感线圈型车辆检测器技术较为成熟，目前使用较多，准确率也较高，可达到95%以上的抓拍精度，且抓拍为止固定，使得车辆识别率也很高。缺点是施工时会破坏路面，且线圈寿命受外界环境影响较大，会出现老化或断裂等情况。
识别控制单元其实是一台能适用于恶劣环境运行的嵌入式工控机，其内嵌识别控制软件，要实现触发检测、摄像机抓拍控制、车牌识别或网络上传等多项功能。当触发单元检测到车辆驶入抓拍区域时，即发送信号给识别控制单元。随后识别控制单元对抓拍的信息进行处理，即对抓拍的图片进行分析和识别，其中最主要是车牌死别。识别其一般包括车牌定位，车牌切分，二值化和最终的字符识别等。有的算法还会有图像校正，阴影处理等。现在的车牌识别系统还会引入了目标跟踪技术，并且引入颜色识别、车型识别、车标识别技术等。
基于从抓拍到完成识别和上传都基于前端设备的系统，即完整地包括采集单元、补光单元、触发单元、识别控制单元，这也是目前较多见的系统组成方式。但也有的车牌识别系统前端只完成抓拍，即只包含采集单元、补光单元、触发单元，并将抓拍的信息上传管理中心，而由管理中心来完成车牌识别工作。