Google Pay sử dụng công nghệ giao tiếp tầm gần (NFC) để truyền dẫn thông tin thẻ thực hiện giao dịch cho nhà bán lẻ. Nó sẽ thay thế các giao dịch thông qua chip và PIN hay dải từ của thẻ tín dụng hay thẻ ghi nợ tại các máy thanh toán POS bằng cách cho phép người dùng tải những thông tin này lên ví Google Pay. Nó tương tự như các giao dịch không tiếp xúc đã được dùng tại nhiều nước, bổ sung thêm xác thực hai nhân tố. Dịch vụ cho phép các thiết bị Android giao tiếp không dây với các hệ thống thiết bị bán hàng sử dụng ăng ten NFC, giả lập thẻ chủ (HCE) và hệ thống bảo mật của Android.

Google Pay sẽ sử dụng các cách xác thực vật lý ví dụ như vân tay khi có thể. Trên các thiết bị không có nhận dạng vân tay, Google Pay được kích hoạt bằng mật khẩu số. Khi người dùng thực hiện thanh toán, Google Pay không gửi số thẻ tín dụng hay ghi nợ thực hiện giao dịch. Thay vào đó nó tạo một số tài khoản ảo đại diện cho thông tin tài khoản người dùng. Dịch vụ giữ bí mật cho thông tin giao dịch của khách hàng, gửi mã bảo mật dùng một lần thay vì chi tiết thẻ hay người dùng.[7]

Google Pay yêu cầu phải đặt khóa màn hình điện thoại.[8]

Người dùng có thể thêm thẻ thanh toán vào dịch vụ bằng cách chụp lại thẻ, hoặc điền thủ công thông tin thẻ. Để trả tiền tại thiết bị bán hàng, người dùng sẽ đưa thiết bị đã được xác minh vào hệ thống bán hàng. Dịch vụ có hệ thống xác thực thông minh, cho phép hệ thống phát hiện khi nào thiết bị được coi là an toàn (ví dụ như liệu trong năm phút qua đã được mở khóa lần nào chưa) và nếu cần thì hỏi thông tin mở khóa.[9] CEO của Spring là Alan Tisch nói rằng Google Pay giúp cải thiện ngành mua sắm di động bằng cách đưa vào một "nút mua" được Google Pay hỗ trợ và tích hợp vào thiết kế sáng tạo của nhà bán hàng.[10]