Um eine Spieluhr in Gang zu setzen, wurden früher zwei traditionelle Mechaniken verwendet: die Walzenmechanik sowie die Lochplattenmechanik, wobei die Walzenmechanik durchgesetzt hat und sich auch heute noch in vielen Spieluhren befindet.
Bei der Walzenmechanik wird eine Stiftwalze mit Hilfe eines unabhängigen Triebwerks in Bewegung gesetzt. Die Anzahl und Höhe der einzelnen Stifte, die sich auf der Walze befinden, bestimmen letztendlich die Melodie, die bei der Drehung der Walze zu hören ist. Die Abtastung erfolgt über einen Klangkamm. Die Länge der Drehzeit hängt vor allem von den Federwerken ab, die die Walze zum Drehen bringen. Je mehr Federwerke sich in einer Spieluhr befinden, desto stärker wird der Aufzug, der letztendlich die Laufzeit bestimmt.
Einige Spieluhren verfügen über die Möglichkeit, mehrere Melodien abspielen zu können. Dies wird dadurch möglich, dass diese über mehrere Stiftwalzen verfügen, die sich je nach Bedarf entweder im Gehäuse selbst drehen lassen, was auch als Revolvermechanik bezeichnet wird oder aber ausgetauscht werden können.
Um die Musikstücke noch melodischer klingen zu lassen, verfügen manche Spieluhren über zwei Kämme, die für das Abtasten der einzelnen Walzenstifte verantwortlich sind. So erzeugt der eine Kamm einen kräftigen und lauten Ton, der andere wiederum lässt hier nur einen leisen Klang hören. So ist es möglich, dass bestimmte Musikpassagen voller und lauter klingen und sie ruhig und leise wieder ausklingen. Diese Art der Spieluhren wird als „piano-forte-Spieluhren“ bezeichnet.
Diese Spieluhren wurden wie ein großer Leierkasten per Hand angekurbelt. Die so in die Spieluhr bzw. die Mechanik getriebene Luft trifft auf so genannte Zungenstimmen, die dann die vorgegebenen Töne erzeugen.
Zu den bekanntesten Spieluhren zählen kleine meist aus Holz gefertigte Gehäuse, die beim Aufklappen nicht nur ein Lied abspielen, sondern auch eine kleine Figur, meist eine Ballerina, tanzen lassen. Obwohl hier für die Mechanik fast der komplette untere Gehäuseteil benötigt wurde, verfügen manche Spieluhren über ein kleines Geheimfach, in dem früher die Damen ihre Geheimnisse aufbewahrten.
Die heuten Spieluhren lehnen sich immer noch an den Vorbildern von damals an.
Aber auch moderne Varianten haben ihre Liebhaber gefunden. So gibt es Spieluhren, über die Schneekugeln aufgesetzt wurden. Setzt man durch das traditionelle Aufziehen die Spieluhr in Bewegung und schüttelt man vorher oder gleichzeitig die Schneekugel, bewegen sich die darin befindlichen Figuren, was die Spieluhr auch optisch interessant macht. Die Figuren solcher Spieluhren stammen oft von bekannten Film- oder Comicfiguren und werden als Fanartikel zu teils sehr hohen Preisen zum Kauf angeboten.