La votazione a scrutinio segreto ha luogo su richiesta di almeno venti Senatori nei casi consentiti (che riguardano materie costituzionali di particolare delicatezza come diritti e libertà fondamentali, tutela di minoranze, modifiche al Regolamento del Senato).
La votazione si svolge con il dispositivo elettronico in modo da garantire la segretezza del voto dei singoli Senatori sia nel momento di espressione del voto stesso sia in quello della registrazione dei risultati. In caso di mancato o difettoso funzionamento del dispositivo elettronico di voto, a ciascun Senatore sono consegnate due palline, una bianca ed una nera, e questi esprime il proprio voto depositando le palline stesse nelle apposite urne secondo le modalità indicate dal Presidente.