比特币依靠UTXO交易模型、SHA256工作量证明共识、链式区块存储、全网节点验证以及四年减半发行规则共同完成去中心化运行，全程无需第三方机构管控，依靠密码学和算力约束实现交易确权、账本同步与货币发行。比特币没有传统账户余额概念，采用未花费交易输出模型完成资金流转，用户发起转账时，会引用过往交易中未被使用的输出作为交易输入，通过私钥生成数字签名证明所有权，公钥则作为收款地址对外公开。所有合法交易完成签名后会向全网广播，各个完整节点独立校验签名有效性、UTXO是否已经被花费、交易金额逻辑是否合规，校验无误的交易进入内存池等待矿工打包，无效交易直接被节点丢弃，从源头杜绝双重支付和伪造交易行为。
矿工是网络记账的执行主体，会优先挑选手续费较高的交易组成候选区块，区块分为80字节的区块头和存储全部交易的区块体，区块头包含上一区块哈希值、交易默克尔根、时间戳、难度目标和随机数，依靠默克尔树可以用一个哈希值概括区块内所有交易，方便节点快速核验交易完整性。矿工不断修改随机数，反复对区块头进行SHA256双重哈希运算，直到计算结果哈希值前导零数量满足全网难度要求，率先算出结果的矿工获得新区块记账权，同时获得区块奖励和打包交易的手续费收益。系统每2016个区块也就是大约两周自动调整一次挖矿难度，保证全网平均每10分钟稳定产出一个新区块，无论全网算力暴涨还是下降，出块速度始终维持稳定。
新区块生成之后会立刻向全网所有节点广播，全网节点依次完成多重校验，首先验证工作量证明结果是否符合难度标准，再核对区块内每一笔交易签名和UTXO状态，同时确认区块哈希和上一区块能够完整衔接。全部验证通过后，节点将该区块追加在本地区块链末尾，全网所有节点同步更新同一份公共账本，所有历史交易记录永久封存。如果出现短暂分叉，所有节点默认选择累计工作量最多的最长链作为合法主链，孤块中的交易重新回到内存池，等待后续区块再次打包确认，交易随着区块数量增加，篡改难度呈指数级上升，一般经过6个区块确认后，交易基本具备不可逆性。
比特币的货币发行完全嵌入挖矿激励机制，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一次，也就是大约四年一个减半周期，比特币总量上限固定为2100万枚，预计在2140年左右全部发行完毕。早期矿工收益以区块增发奖励为主，后期增发奖励逐步归零，矿工收入将完全依靠用户支付的交易手续费，手续费由用户自由设定，网络拥堵时期，高额手续费的交易会被矿工优先打包，以此调节网络资源分配。这套激励机制持续吸引全球算力参与维护，算力规模越大，篡改整条区块链所需成本越高，网络安全性也就越强。
整个比特币网络由全节点、轻节点、矿工节点共同构成，全节点保存完整区块链数据，负责完整校验和账本同步；轻节点无需下载全部账本，依靠默克尔证明验证自身相关交易，满足普通用户使用需求。所有协议规则公开透明，没有任何机构可以单方面修改协议，任何规则变更都需要全网绝大多数节点达成共识才能落地。依靠密码学加密、算力竞争、最长链共识、固定总量激励四大支柱，比特币可以在完全去中心化环境下稳定运行，实现点对点价值传输。
