比特币依靠点对点分布式网络、UTXO交易模型、非对称加密签名、工作量证明共识、区块打包与难度调节五大核心机制完整运行，整套体系无需第三方机构，依靠代码规则与全网参与者共同维护去中心化电子现金系统。比特币不存在传统金融的账户余额体系，整套账本依靠交易流转记录资产归属，所有转账、记账、货币发行流程完全依靠密码学与分布式共识自动执行，这也是比特币能够实现无中介价值传输的底层根基。
点对点网络与UTXO模型构成比特币交易流转的基础。全球无数节点组成开放式P2P网络，用户发起转账时，使用私钥对交易信息生成数字签名，以此证明资产支配权，签名完成的交易随即广播至全网节点。节点会独立校验交易合法性，确认不存在双重花费后，将交易存入内存池等待打包。区别于银行账户模式，比特币采用UTXO模型，系统只记录尚未花费的交易输出，用户余额由节点汇总所有归属于自身地址的UTXO实时计算得出，每一笔转账都会消耗旧UTXO，生成新的收款UTXO与找零UTXO，交易手续费则是输入总额减去所有输出总额，手续费高低直接影响矿工打包优先级。
工作量证明机制与挖矿流程承担全网记账任务。矿工从内存池筛选有效交易组装候选区块，不断对区块头执行双重SHA256哈希运算，寻找符合网络难度目标的随机数值，率先算出结果的矿工获得本轮区块记账权。成功挖出的新区块向全网广播，所有节点校验区块内交易、区块格式与哈希结果，验证通过后区块正式接入区块链。挖矿同时承担比特币发行职能，初始每个区块奖励50枚比特币，每挖出21万个区块奖励减半，总量被代码限定为2100万枚。网络每产出2016个区块自动调整挖矿难度，以此抵消算力波动，将平均出块时间稳定维持在10分钟左右。
最长链共识规则解决分布式网络的数据分歧，保障账本唯一性。全球矿工可能因网络延迟近乎同时挖出区块，短暂形成区块链分叉，此时所有节点遵循累计工作量最大的链作为主链，另一条分叉链上的区块成为孤块，其中未确认交易会重新回流内存池等待打包。交易被打包进区块代表获得一次确认，后续每新增一个区块，交易确认数量随之增加，想要篡改历史交易，攻击者需要重新挖出这条交易之后全部区块，所需算力成本极高。行业内大额转账普遍参考6次确认标准，随着确认深度增加，交易被回滚的概率持续降低，实现概率性交易最终性。
链式账本与密码学防护共同保障数据不可篡改。区块内部保存交易数据、上一区块哈希值、随机数、时间戳等信息，区块依靠哈希值首尾相连形成区块链。一旦修改任意区块内部交易内容，区块哈希值会同步改变，后续所有区块的关联哈希全部失效，想要让篡改后的账本被全网接纳，必须持续产出更长工作量的链条。非对称加密体系进一步完善安全边界，公钥可对外公开生成收款地址，私钥仅由用户自行保管，掌握私钥才能支配对应UTXO，平台与第三方无法冻结、截留用户资产，从底层实现资产自主掌控。
