比特币并不是由某一种单独技术组成，而是把密码学、点对点网络、分布式账本、工作量证明、脚本系统和经济激励组合成了一套完整协议。它要解决的核心问题，是在没有银行或中心服务器的情况下，让陌生人之间能够确认谁拥有一笔比特币、这笔资产有没有被重复支付，以及全网如何对交易顺序形成一致判断。区块链只是这套系统中的账本结构，比特币真正的技术价值，在于多种机制彼此咬合后形成了无需中心机构主持的支付网络。
密码学负责证明身份和保护数据。用户的钱包通常并不真正存放比特币，链上记录的是一组可被花费的交易输出，钱包保存的核心是私钥。私钥经过椭圆曲线算法生成公钥，再进一步形成地址；付款时，持有者使用私钥对交易进行数字签名，网络节点利用公钥验证签名是否有效。比特币早期大量使用基于secp256k1曲线的ECDSA签名，Taproot升级后也引入了Schnorr签名。哈希函数则像数据指纹，区块头和交易经过双重SHA-256计算后得到固定长度结果，原始内容稍有变化，哈希值就会显著改变。
交易记账采用UTXO模型，也就是未花费交易输出。一笔交易不是简单地把账户余额从甲方减到乙方，而是引用此前交易留下的一个或多个输出，将它们作为输入，再生成新的输出。输入总额高于支付金额时，多出的部分通常会回到付款方的新地址，差额则可能成为矿工费。每个输出只能被花费一次，节点通过检查它是否仍处于未花费状态来阻止双重支付。比特币脚本是一种基于堆栈、非图灵完备的简单语言，常见的支付条件要求使用者提供正确签名，因此它不像以太坊那样追求复杂智能合约，而是更重视可预测性和验证安全。
点对点网络和区块链结构解决的是谁来记账。交易会在节点之间传播，矿工从待确认交易中组装候选区块，再通过不断调整随机数寻找符合难度目标的区块哈希，这就是工作量证明。每个区块头包含前一区块哈希、默克尔根、时间、难度目标和随机数等字段，其中默克尔根由区块内交易逐层哈希生成，任何交易被改动，最终结果都会变化。区块又通过前一区块哈希首尾相连，篡改历史交易就必须重新计算后续区块的工作量。网络大致每2016个区块调整一次难度，使出块节奏长期接近每10分钟一个区块。
协议规则、矿工激励和发行机制，则构成比特币的经济层。矿工成功打包区块后，可以获得区块补贴和交易手续费，区块补贴按照既定周期逐步减半，发行总量上限约为2100万枚。全节点并不需要接受矿工的一切行为，而是独立检查区块大小、交易签名、UTXO状态、工作量证明和通胀规则，只有符合共识规则的区块才会被纳入本地链。隔离见证把签名数据从传统交易结构中分离出来，降低交易延展性影响并改善区块空间利用率。由此看，比特币的安全性不是来自某个机构担保，而是来自密码学验证、公开规则、节点共识、算力成本与市场激励的共同作用；这套设计具备抗审查和开放参与特点，同时也承受吞吐量、确认时间、能源消耗和私钥保管等现实限制。
