Der Prototyp des Mellotrons wird im Jahr 1963 angefertigt und ist eines der ersten Instrumente bei denen die Idee des Sampling umgesetzt wird. Die Idee ist es, bestehende Klänge so naturgetreu wie möglich zu reproduzieren, also von diesen "echten" Klängen kurze Abbilder zu erstellen und sie über Tastatur abspielbar zu machen. Das Mellotron arbeitet mit Tonbändern. Der Originalklang wird auf ein Tonband aufgenommen und zu einer Endlosschleife geschnitten. Jeder Taste der Klaviatur ist im Inneren des Instrumentes ein Tonband zugeordnet. Betätigt man eine Taste wird das zugeordnete Band mit maximaler Dauer von 8 Sekunden abgespielt. Man hat die Möglichkeit jeden beliebigen Klang auf die Bänder aufzunehmen. Der Bandeinsatz kann gesamt ausgetauscht werden. Effekte wie Vibrato oder Hall müssen separat hinzugefügt werden. Verwendet wird das Mellotron beispielsweise von den Beatles in „Strawberry Fields Forever“, von Led Zeppelin in „The Rain Song“ sowie im Progressive Rock der 1970er Jahre, etwa King Crimson, Genesis, Yes oder Tangerine Dream.