Основные принципы работы жестких дисков почти не изменились с момента его изобретения. Устройство жесткого диска напоминает обыкновенный проигрыватель грампластинок. Только внутри корпуса может быть несколько пластин, имеющих общую ось, и головки могут считывать данные сразу с обеих сторон каждой пластины. Скорость вращения пластин постоянна и является одной из главных характеристик жесткого диска. Головка перемещается вдоль пластины на некотором фиксированном расстоянии от поверхности. Чем меньше это расстояние, тем больше точность считывания данных, и тем больше может быть плотность записи данных.

Если посмотреть на жесткий диск, то можно увидеть только прочный металлический корпус, полностью герметичный и защищающий диск от пыли. Корпус экранирует жесткий диск от электромагнитных помех. Внутри корпуса находятся все механизмы и некоторые электронные узлы. Механизмы - это сами диски, на которых хранятся данные, головки, которые записывают и считывают данные с дисков, а также двигатели, приводящие все это в движение. Диск представляет собой круглую пластину с очень ровной поверхностью чаще из алюминия, реже - из керамики или стекла, покрытую тонким ферромагнитным слоем.

Количество дисков может быть различным (от 1 до 5), количество рабочих поверхностей, соответственно, в два раза больше (по две на каждом диске).

Магнитные головки считывают и записывают данные на диски. Принцип записи в целом похож на тот, который используется в обычном магнитофоне. Цифровые данные преобразуется в переменный электрический ток, поступающий на магнитную головку, а затем передается на магнитный диск, но уже в виде магнитного поля, которое диск может воспринять и запомнить. Магнитное покрытие диска представляет собой множество мельчайших областей самопроизвольной намагниченности. Для наглядности представьте себе, что диск покрыт слоем очень маленьких стрелок от компаса, направленных в разные стороны. Такие частицы-стрелки называются доменами. Под воздействием внешнего магнитного поля собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с его направлением. После прекращения действия внешнего поля на поверхности диска образуются зоны остаточной намагниченности. Таким образом сохраняется записанная на диск информация. Участки остаточной намагниченности, оказавшись при вращении диска напротив зазора магнитной головки, наводят в ней электродвижущую силу, изменяющуюся в зависимости от величины намагниченности. Пакет дисков, смонтированный на оси-шпинделе, приводится в движение специальным двигателем, расположенным под ним. Скорость вращения дисков, как правило, составляет 7200 об./мин.

Головки жесткого диска перемещаются с помощью прецизионного шагового двигателя, они как бы плывут на расстоянии в доли микрона от поверхности диска, не касаясь его. На поверхности дисков в результате записи данных образуются намагниченные участки, в форме концентрических окружностей. Они называются магнитными дорожками. Перемещаясь, головки останавливаются над каждой следующей дорожкой. Совокупность дорожек, расположенных друг под другом на всех поверхностях, называют цилиндром. Все головки накопителя перемещаются одновременно, осуществляя доступ к одноименным цилиндрам с одинаковыми номерами.