比特币依靠点对点P2P网络、UTXO交易模型、工作量证明共识、区块链链式账本四大核心机制协同运转，依托密码学保障资产权属，依靠挖矿与区块奖励调控货币供给，整套体系实现去中心化电子现金流转，不需要第三方机构清算与托管。比特币没有中心化服务器，全球各类节点组成对等网络，交易发起后直接向全网广播，由网络节点独立校验合法性，从底层规避单一机构管控带来的运行风险。
比特币交易体系采用区别于传统账户模式的UTXO未花费交易输出模型，不存在固定账户余额概念。每一笔转账都会消耗过往交易生成的UTXO作为输入，同时生成新的UTXO作为收款金额与找零，被消耗的UTXO会永久标记，无法重复使用，从机制上解决数字货币双花难题。资产所有权由私钥掌控，用户使用私钥生成数字签名完成交易授权，公钥经过哈希运算生成公开收款地址，链上仅记录地址与交易数据，不直接绑定真实身份，兼顾交易公开可查与隐私属性。未确认交易暂存于内存池，矿工从中筛选交易打包，用户设置的手续费会影响交易被打包的优先级。
工作量证明PoW共识机制是比特币完成记账、维护账本一致性的核心规则。矿工通过算力反复运算区块头哈希值，争夺新区块记账权，全网目标维持平均十分钟产出一个区块。协议设置动态难度调节规则，每2016个区块自动调整挖矿难度，对冲全网算力波动，稳定出块节奏。成功打包区块的矿工获得区块奖励与交易手续费，区块奖励遵循减半规则，每挖出21万个区块奖励额度缩减一半，这套规则从源头限制比特币总量上限为2100万枚。新区块生成后向全网广播，全节点验证区块内交易、哈希结果等信息无误后，将区块接入区块链主链。
区块链作为比特币的分布式公共账本，每个区块包含区块头与区块体，区块头记录上一区块哈希、时间戳、难度值、随机数等信息，依靠哈希指针将区块依次串联。哈希链接结构让历史记录难以篡改，如果想要修改某一区块内交易数据，必须重新计算该区块以及后续所有区块的哈希值，需要掌控绝大部分全网算力，篡改成本极高。全球大量全节点独立存储完整区块链数据，持续校验所有历史交易，轻节点钱包无需同步全部账本，依靠全节点查询交易状态，不同类型节点分工协作，保障网络持续稳定运行。当网络出现区块分叉时，全网节点统一遵循最长链原则，选择累计工作量最大的链条作为主链，淘汰分叉区块，保证全网账本最终达成统一。
