ברמה הבסיסית ביותר, הדיסק הקשיח לא שונה בהרבה מקלטת שמע שכולנו מכירים. שניהם משתמשים בטכנולוגיות מגנוט בכדי להקליט דברים. כמו כן, גם הדיסק הקשיח וגם הקלטת מפיקים את היתרונות הנעוצים בשימוש באחסון מגטי:

• אפשר בקלות למחוק דברים שהקלטנו עליהם, ולכתוב עליהם שנית.
• הם "יזכרו" את המידע שהקלטנו עליהם למשך שנים רבות.

למרות כל זאת, ישנם הבדלים גדולים בין הדיסק הקשיח לקלטת:

• בקלטת חומר ההקלטה המגנטי מצופה על רצועת פלסטיק דקה. לעומת זאת, בדיסק הקשיח, חומר ההקלטה המגנטי מונח על דיסק אלומיניום או זכוכית. לאחר מכן עובר הדיסק הברקה עד שהוא נהיה חלק כמו מראה.
• בכדי לזוז קדימה ואחורה לאורך קלטת צריך לבזבז הרבה זמן. לעומת זאת, אפשר להגיע לכל נקודה על פני הדיסק כמעט מיידית.
• בקלטת, ראש קורא\כותב נוגע ישירות בסרט. לעומת הדיסק בו ראש קורא\כותב "מרחף" מעל הדיסק, ואף פעם לא ממש נוגע בו.
• מהירות מעבר הסרט בקלטת מעל הראש קורא\כותב היא כ-2 אינצ'ים (5.08 ס"מ) בשניה. הדיסק הקשיח יכול להסתובב מתחת לראש קורא\כותב במהירות של עד 3000 אינצ'ים לשניה (272 קמ"ש)!!!
• בעקבות הדיוק הרב בו מוצגים הנתונים על הדיסק, השטח בו אנו משתמשים לשמירת נתונים אלה קטן הרבה יותר מהשטח בו אנו משתמשים לשמירת נתונים על קלטות.

בעקבות הבדלים אלו, דיסק קשיח מודרני מסוגל לשמור כמויות עצומות של מידע על שטח קטן יחסית. הדיסק גם יכול להגיע למידע הנמצא עליו תוך חלקיק של שניה.

כיום, למחשב טיפוסי יש דיסק קשיח עם קיבולת של כ-10GB עד 40GB. מידע מאוחסן על גבי הדיסק בצורה של קבצים, כאשר קובץ הוא למעשה אוסף של בתים שניתן להם שם. כאשר תכנית הרצה על המחשב מבקשת קובץ מסוים, הדיסק הקשיח מאחזר את הבתים שלו, ושולח אותם אחד אחרי השני ל-CPU.

ישנן שתי דרכים למדוד את ביצועי הדיסק:

• קצב הנתונים - מספר הבתים לשניה המועברים מהדיסק ל-CPU. (בד"כ בין 5 ל-40 megabytes לשניה).
• זמן גישה (Access Time) - הזמן העובר מהרגע בו מבקש ה-CPU קובץ מסוים ועד הרגע בו מגיע ל-CPU הבית הראשון של אותו הקובץ (בד"כ בין 10 ל-20 מילישניות).

פרמטר חשוב נוסף הוא קיבולת הדיסק - מספר הבתים אותם הוא מסוגל לאחסן.

הדרך הטובה ביותר בכדי להבין כיצד עובד הדיסק הקשיח היא להציץ בתוכו: (שימו לב!!! פתיחת הדיסק הקשיח הורסת אותו!!! אל תעשו דבר זה בבית!!!)

כך נראה כונן דיסק קשיח טיפוסי:

זוהי קופסת אלומיניום אטומה אשר בקרים אלקטרוניים מחוברים לצידה האחד. הבקרים שולטים על מנגנון קריאה/כתיבה ועל המנוע המסובב את התקליטים של הדיסק. הבקרים גם אחראיים על ביצוע תהליך הקריאה והכתיבה.

כל הבקרים נמצאים על לוח קטן המופרד משאר הכונן:

מתחת ללוח נמצאים החיבורים למנוע המסובב את התקליטים וכמו כן נמצא שם חור אוורור השומר על שוויון בין לחץ האוויר הפנימי והחיצוני:

הסרת המכסה מהכונן, מגלה פנימיות מאוד פשוטה אך גם מאוד מדויקת:

בתמונה זו ניתן לראות את:

• התקליטים, אשר בד"כ מסתובבים 5400 או 7200 סיבובים בדקה (RPM) כאשר הכונן בפעולה. תקליטים אלו מיוצרים בדיקנות מרשימה ומוחלקים עד לרמה שהם יכולים לשמש כמו מראה (בתמונה ניתן לראות את השתקפות דמותו של הצלם).
• הזרוע המחזיקה את הראשים קוראים\כותבים. זרוע זו נשלטת ע"י המנגנון בפינה השמאלית העליונה, ומסוגלת להזיז את הראשים ממרכז הכונן ועד לקצה שלו. זרוע זו היא מאוד קלה ומאוד מהירה. היא יכולה להזיז את הראשים מהמרכז לקצה ובחזרה עד 50 פעמים בשניה.

על מנת להגדיל את כמות המידע הנמצא על הדיסק הקשיח, רוב הדיסקים מורכבים מכמה תקליטים. לדוגמה כאן יש כונן בעל 3 תקליטים ו-6 ראשים קוראים\כותבים.

המנגנון המניע את הזרוע על הדיסק הקשיח חייב להיות מאוד מהיר ומדויק. הוא יכול להתבסס על שימוש במנוע לינארי רב מהירות.

המידע נשמר על פני התקליט במסילות ובמיגזרים (tracks & sectors). המסילות הינן מעגלים סביב מרכז התקליט וכל מסילה מחולקת למיגזרים, כמפורט בתמונה הבאה:

מסילה טיפוסית נראית בתמונה בצהוב, בעוד שמגזר טיפוסי צבוע בתמונה בכחול. מגזר מכיל כמות קבועה של בתים. הרבה פעמים ברמת הכונן או מערכת ההפעלה, מספר מגזרים מאוחד לאזור אחד.
ישנם 2 שלבים בעיצוב הדיסק:

• עיצוב ברמה נמוכה (low level formating) - קביעת המגזרים והמסילות על התקליט. נקודת ההתחלה והסיום של כל מגזר נכתבת על התקליט. (מיגזור קשיח - כאשר שלב זה נעשה בבית החרושת. אחרת - מיגזור רך). תהליך זה מכין את הדיסק לקבלת גושים של בתים.
• עיצוב ברמה גבוהה (high level formating) - כתיבת מבנה מערכת הקבצים, כגון טבלת הקצאת הקבצים לתוך המגזרים.
  תהליך זה מכין את הדיסק לשמירת קבצים.