电子硬件随机数发生器的主要应用是加密技术，它们用于生成随机加密密钥以安全地传输数据。它们广泛用于Internet加密协议，如Secure Sockets Layer（SSL）。

随机数发生器也可以通过“随机”宏观过程构建，使用硬币翻转，骰子，轮盘和彩票机等设备。不稳定动力系统理论和混沌理论可以证明这些现象存在不可预测性。尽管宏观过程在牛顿力学下是确定性的，但是在轮盘中设计精良的设备的输出在实践中无法预测，因为它取决于每次使用的初始条件的敏感微观细节。

尽管骰子主要用于赌博，并且作为游戏中的“随机化”元素（例如角色扮演游戏），维多利亚时代的科学家弗朗西斯·高尔顿描述了一种使用骰子在1890年为科学目的明确生成随机数的方法。

硬件随机数发生器通常每秒产生有限数量的随机比特。为了提高数据速率，它们通常用于为更快的加密安全伪随机数生成器生成“种子”，然后生成伪随机数输出序列。

这样的设备通常是基于一些能生成低等级、统计学随机的“噪声”信号的微观现象，如热力学噪声、光电效应和量子现象。这些物理过程在理论上是完全不可预测的，并且已经得到了实验的证实。硬件随机数生成器通常由换能器、放大器和模拟数字转换器组成。其中换能器用来将物理过程中的某些效果转换为电信号，放大器及其电路用来将随机扰动的振幅放大到宏观级别，而模拟数字转换器则用来将输出变成数字，通常是二进制的零和一。通过重复采样这些随机的信号，一系列的随机数得以生成。