כל תוכנית מחשב מורכבת מפקודות בשפה הבינארית שהמחשב או יותר נכון המעבד מבין. כדי שהפקודות הללו יתבצעו יש להעביר אותן דרך המעבד, שיקרא אותן, ויבצע את הכתוב בהן. להלן תיאור מפורט של דרך עבודתו של המחשב.

כאשר אנו מריצים תוכנית כלשהי (כגון הדפדפן שבאמצעותו אתה קורא את האתר הזה), אנו בעצם מתחילים תהליך ארוך מאוד.
תחילה אנו אומרים למחשב להריץ את התוכנית. אנו עושים זאת ע"י שימוש באמצעי קלט כלשהו (לרוב המקלדת או העכבר) אך בדרך כלל אנו לא מעבירים הוראות מפורשות למחשב מה לעשות, אז כיצד המחשב יודע כיצד לנהוג?

כאשר אנו מדליקים את המחשב הפעולה הראשונה שהוא מבצע היא לגשת לרכיב ה-BIOS ששם ישנן הוראות נוספות מה לעשות. ההוראה האחרונה ב-BIOS מכוונת את המחשב לביצוע התוכנית הראשונה - הרצת מערכת ההפעלה.

ברגע שמערכת ההפעלה "עלתה" המחשב ערוך לבצע פעולות שונות ולהגיב בהתאם לקלט מהמשתמש.

נתבונן למשל, בתהליך הזזת העכבר.
זוהי פעולה שנראית מאוד פשוטה ואינטואיטיבית אך בפועל מדובר בפעולה מורכבת מאוד (מעבר לדרך פעולתו של העכבר עצמו).
כאשר אנו מזיזים את העכבר, המחשב שם לב לכך, ופונה לקטע בתוכנית של מערכת ההפעלה שמורה לו כיצד עליו לנהוג. הפקודות במערכת ההפעלה יורו למעבד לחשב את מיקומו החדש של סמן העכבר, לשמור את המיקום החדש בזיכרון המחשב, ולהציג את הסמן במקומו החדש על המסך.
כאשר אנו מזיזים את העכבר, פעולה זו חוזרת על עצמה מאות פעמים, והיא מתבצעת מייד. בנוסף, בפעולת הזזה פשוטה של העכבר, אנו מפעילים את העכבר, המעבד, הזיכרון, כרטיס המסך והמסך.

נתבונן כעת בתהליך יותר מורכב - הרצת תוכנית כלשהי.
בין אם אנחנו לוחצים לחיצה כפולה על הצלמית של התוכנית או אם אנחנו משתמשים בתפריט 'התחל' כדי להריץ את התוכנית, הפעולות הבאות להרצת התוכנית הן זהות.
בעת קבלת הקלט מן המשתמש, המחשב מזהה את הקלט ופונה לקטע בתוכנית של מערכת ההפעלה שיורה לו מה לעשות:

1. ההוראה הראשונה היא להעביר את התוכנית שאנו מעונינים להריץ מהכונן הקשיח לזיכרון העיקרי של המחשב (ה-RAM). המחשב אף פעם לא מריץ תוכנית ישירות מהכונן הקשיח. שלב הכרחי בהרצת תוכנית הוא העברתה לזיכרון העיקרי.
2. המעבד דואג להעברת ההוראות של התוכנית מהזיכרון העיקרי לזיכרון המטמון. המעבד עובד ישירות רק מול זיכרון המטמון.
3. מרגע זה, המעבד מקבל את ההוראות של התוכנית מזיכרון המטמון ומתחיל לבצע אותן.
   הוראות אלו יכולות להיות רבות ומגוונות: החל מחישוב של פעולה אריתמטית פשוטה וכלה בהרצת תוכנית חדשה נוספת במקביל לתוכנית הנוכחית או במקומה. התוכנית יכולה להמתין לקלט מהמשתמש או יכולה לפעול מייד ולא לקבל כלל נתונים מן המשתמש. באותה מידה התוכנית יכולה לשלוח הרבה נתוני פלט שאנו שמים לב אליהם (כגון הוראות לכרטיס המסך במשחקים למשל) או נתוני פלט שאנו לא נשים לב אליהם כלל (כגון כתיבה לכונן הקשיח או לזיכרון).

כשהתוכנית מסיימת את פעולתה אנו חוזרים בעצם למצב שבו היינו קודם במערכת ההפעלה (למעט השינויים שגרמה התוכנית שהרצנו, אם היו כאלו).

בסופו של דבר, גם מערכת ההפעלה היא תוכנית לכל דבר. ההבדל בין מערכת ההפעלה לבין כל תוכנית אחרת הוא שמערכת ההפעלה היא התוכנית הראשונה שרצה ולכן מוטל עליה התפקיד החשוב של להכין את המחשב כדי שיוכל לקבל מאיתנו המשתמשים הוראות פשוטות ולדעת כיצד לנהוג. כמו כן מערכת ההפעלה אמורה לרוץ כל הזמן כל עוד המחשב פועל כשורה.