Ca şi mod de funcţionare, Chromecast nu preia în mod direct conţinutul redat pe ecranul dispozitivului folosit ca şi telecomandă. În schimb, clipurile redate prin servicii ca YouTube, Netflix, Pandora, Google Music şi Movies sunt sincronizate şi redate simultan pe ecranul televizorului, folosind conexiunea la internet. Funcţionând independent de tableta sau PC-ul care îl controlează, Chromecast va reda neintrerupt playlist-urile primite chiar dacă tableta este în modul Sleep, sau rulează alte aplicaţii.
În loc de telecomandă, tot ce avem nevoie pentru a viziona filmuleţe prin Google Chromecast este un PC pe care rulează web browser-ul Chrome, autentificat la acelaşi cont de utilizator Google ca şi stick-ul Chromecast. Odată îndeplinite aceste condiţii, filmuleţele deschise în interfaţa web a serviciului YouTube vor fi redate simultan şi pe ecranul televizorului, fără să avem nevoie de cabluri. Potrivit companiei, funcţionalitatea Chromecast va fi integrată în curând şi cu produse realizate de parteneri, spre exemplu televizoare şi dispozitive Set-Top-Box.
Alimentat din portul USB, accesoriul Google Chromecast poate fi utilizat atât cu televizoare moderne echipate cu intrare HDMI, dar şi televizoare de generaţie mai veche, ce nu dispun decât de intrare A/V analogică.