以太坊整体依托分布式区块链底层架构搭建，核心依托密码学分布式账本、权益证明共识机制、以太坊虚拟机（EVM）、智能合约体系、默克尔帕特里夏树状态存储五大核心技术共同运转，同时配套Gas计费机制、P2P节点网络、分层架构体系构成完整技术闭环，其中以太坊虚拟机与图灵完备智能合约是区别于初代比特币区块链最核心的自研技术创新，也是整个生态得以运转的根基。
以太坊最基础的底层载体是通用区块链分布式账本技术，沿袭了区块链式存储、非对称加密、哈希校验、点对点P2P节点通信等经典区块链基础技术，全网上万台独立节点共同同步完整账本数据，依靠椭圆曲线数字签名完成用户交易确权，每一个区块通过区块头哈希与上一区块绑定，任意区块数据篡改都会导致整条链哈希失效，以此实现交易数据不可篡改、去中心化存证的特性。不同于比特币采用UTXO交易记账模式，以太坊独创账户状态模型，分为外部用户账户与合约账户两类，全局所有账户余额、合约代码、存储数据统一汇总为世界状态，依靠默克尔帕特里夏树（MPT树）进行结构化存储，既可以快速完成账户数据调取、交易校验，也能让轻节点无需同步全部区块即可验证交易有效性，大幅降低了节点运行门槛，这套状态存储结构至今仍是以太坊底层数据管理的核心方案。
共识机制是以太坊保障全网账本一致性的关键技术，项目上线初期采用Ethash算法工作量证明机制运行7年之久，依靠全网算力竞争打包区块、验证交易，但高能耗弊端明显；2022年9月以太坊完成合并升级，正式全面切换至权益证明PoS共识体系，拆分出信标链作为共识层主链路，普通用户只需质押32枚ETH即可成为网络验证者，系统随机抽取验证者提议新区块，其余节点交叉核验区块有效性，配合奖惩机制约束验证者恪守网络规则，出块间隔稳定维持在12秒，相较PoW阶段能耗降幅超99%，同时网络安全性依靠质押资产的经济抵押保障，彻底摆脱了算力挖矿的束缚，分层拆分的执行层与共识层架构，也为后续分片扩容、二层网络落地打下了技术基础。
以太坊虚拟机（EVM）与图灵完备智能合约是以太坊最具里程碑意义的核心自研技术，也是整个平台的运行内核。EVM是一套部署在全网所有节点中的隔离沙盒运行环境，属于基于栈架构的256位虚拟机，Solidity、Vyper等编程语言编写的合约代码会被编译为EVM字节码，在所有节点中以完全一致的规则执行运算，保证全网运行结果统一；为规避图灵完备特性带来的无限循环、恶意代码消耗网络资源问题，以太坊配套搭建Gas计费体系，每一步运算、数据存储操作都会消耗对应Gas，简单ETH转账固定消耗21000单位Gas，复杂DeFi交互、NFT铸造操作Gas消耗会根据计算量级递增，用户支付Gas费用作为验证者工作酬劳。依托这套运行体系，智能合约可自动执行预先编写的交易规则，无需第三方机构介入，ERC20同质化代币、ERC721非同质化代币标准均基于智能合约搭建，由此催生了去中心化金融、NFT、链上游戏、DAO组织等完整Web3生态。
在核心基础技术之上，以太坊持续通过技术迭代完善扩容与安全体系，以Rollup二层扩容技术为核心延展底层性能，将大量交易运算转移至链下执行，最终仅把交易结果提交至主网确认，在不改动底层主网安全架构的前提下，成倍提升全网交易吞吐量；同时持续优化虚拟机指令集、状态架构，降低Gas消耗、缩减节点存储压力，整套技术体系兼顾了去中心化安全性、可编程拓展性与长期可升级空间，也奠定了其全球第一智能合约公链的行业地位。
