比特币本质上是一套由密码学、点对点网络、工作量证明和经济激励共同维持的公开账本系统。它没有中央银行负责记账，也不存在一个可以单方面修改余额的后台机构，交易能否成立，取决于网络节点是否认可同一套规则。用户通过私钥签名证明资产支配权，节点验证交易有效性，矿工竞争打包区块，区块再通过哈希彼此连接，最终形成难以篡改的区块链。
一笔比特币交易的核心不是从一个钱包转到另一个钱包，而是消耗旧的未花费交易输出，也就是UTXO，并生成新的UTXO。钱包显示的余额，实际对应一个或多个尚未花费的输出。付款时，钱包会调用私钥生成数字签名，节点据此确认发送者确实拥有相关资产，同时检查输入是否存在、金额是否足够、签名脚本是否匹配。输入金额高于输出金额的部分，通常会作为找零返回用户，差额则成为矿工费。
交易签名完成后，会通过点对点网络传播，并进入各节点的待确认交易池。矿工从中挑选交易，通常会优先考虑单位数据体积支付更高费用的交易，将它们与一笔特殊的Coinbase交易打包进候选区块。Coinbase交易包含区块补贴和区块内手续费，是新比特币进入流通的主要入口，但这笔奖励并不能立即花费，通常要等待100个区块后才具备可支配条件。交易拥堵时，手续费市场会直接影响确认速度。
矿工完成打包后，还要参与工作量证明竞争。他们不断调整Nonce等字段，对区块头进行SHA-256哈希计算，直到结果低于网络设定的目标值。算力越高，单位时间内尝试哈希的次数越多，找到有效区块的概率越大。比特币大约每2016个区块调整一次难度，让出块时间长期维持在平均约10分钟。新区块还会记录前一区块哈希和交易默克尔根，任何历史数据被改动，后续区块都必须重新计算。
当多个区块同时出现时，节点会遵循累计工作量最大的链，而不是简单按照区块数量判断。全节点会独立验证区块中的每笔交易，拒绝重复花费、伪造签名、超发比特币或违反协议规则的内容。交易被写入区块后，每增加一个新区块，就多一层确认，想要推翻历史记录，攻击者必须重做相关区块的工作量并追赶诚实网络。与此比特币发行量通过每21万个区块减半逐步收紧，最终总量上限设定为2100万枚，这构成了其货币供给机制的基础。
