比特币的基础技术是由P2P对等网络、区块链链式账本、SHA‑256哈希密码学、ECDSA非对称加密、工作量证明PoW共识机制以及UTXO交易模型共同组合而成的一套完整分布式电子现金系统，并非单一技术，多项技术互相配合实现了去中心化、防双花、不可篡改的价值流转能力。
P2P对等网络是比特币网络运行的通信底座，全球参与网络的节点地位平等，不存在中心化服务器，交易、区块数据直接在节点之间广播传播，全节点会保存完整的全部区块数据，轻节点仅保存区块头数据来完成简易交易校验。每一笔用户发起的交易生成之后，会向全网节点广播，节点会先校验交易签名、资金来源是否合法，校验通过后放入交易池等待矿工打包。这种分布式网络架构，让整个系统不会因为某一台服务器宕机而停止运行，也是比特币抗单点攻击的基础保障。
密码学技术承担着数据安全与资产权属保护的作用，其中SHA‑256哈希算法负责生成区块哈希、默克尔根，区块头会记录上一个区块的哈希值，把所有区块首尾串联形成区块链链条，一旦区块内任意交易内容被改动，哈希结果就会彻底变化，后续全部区块都要同步修改才能掩盖痕迹，现实中几乎无法实现。非对称加密生成公钥与私钥对，私钥代表资产所有权，用来对交易做数字签名，公钥经过哈希运算生成比特币接收地址，私钥签名验证通过，交易才会被网络认可，默克尔树进一步压缩区块交易校验开销，让轻节点不需要下载完整交易也可以确认交易是否被打包进区块。
工作量证明PoW共识机制解决去中心化环境下的记账权争夺和双重花费难题，矿工不断变换随机数进行哈希运算，暴力求解符合难度条件的结果，率先算出答案的矿工获得当期区块记账权与区块奖励。网络每产出2016个区块会自动调整挖矿难度，把平均出块时间稳定维持在十分钟左右，全网节点遵循累计工作量最大的最长链原则，出现链分叉时自动选择有效主链。想要篡改已经确认的区块，攻击者需要掌握网络绝大部分算力，攻击成本极高，以此实现账本的概率性安全，这套机制也是比特币能够在无中介情况下达成全网账本一致的关键。
UTXO未花费交易输出是比特币独有的交易记账模型，系统不会直接记录每个地址的账户余额，账本里只记录一笔笔交易的输入与输出，用户钱包余额，是钱包遍历区块链归集该地址名下所有还没有被花费的交易输出计算得出。每一笔交易的输入，都要引用之前交易生成的未花费输出，经过私钥签名解锁之后，再生成新的输出转给接收地址，输入金额和输出金额的差额作为矿工交易手续费。这套模型区别于账户式账本，天然便于校验双花问题，比特币脚本语言进一步定义锁定、解锁逻辑，支撑基础转账以及部分复杂交易条件。
