送餐机器人的工作流程是从取餐口把菜品运输到输入设定的位置，再返回取餐口等待下一次指令。在取餐口，由服务人员将要送到指定餐桌的菜品一一放在机器人的托盘上，在屏幕上输入餐桌号或包厢号确定后，机器人开始送餐。到达指定位置后，再由服务员或顾客自己从机器人托盘上把菜端到餐桌上。
机器人送餐的过程中可以通过自带的避障装置绕开障碍物，遇到移动的物体，比如在餐厅跑来跑去的小孩，机器人就会停下来，并语音提醒前方人员让开。送餐到达后，根据餐厅自己定制的语音内容，机器人可以向顾客报菜名。如果送餐过程中有人想在中途把菜拿走，机器人也会进行语音提醒。
送餐机器人出现之初大部分都是模仿人形设计的，造型都是一个人形的轮式机器人双手托着一个托盘。这种造型的机器人改进后把手持托盘设计成了两层。
随着用户对送餐效率的要求越来越高，送餐机器人的设计也脱离了人形，更加注重容量和稳定性。现在市面上的送餐机器人大部分为三层托盘设计，简单的储物隔层设计更加简洁。
虽然机器人比人的送餐效率更高，但并不是所有餐厅都适合使用送餐机器人。考虑到成本、和效率等问题，火锅餐厅就成了送餐机器人的主要“战场”。因为火锅类除汤底外都是冷菜，上菜也比较集中，机器人可以一次性把所有菜品上齐。