התרשים הבא מתאר את המבנה הבסיסי של כל כרטיסי הקול:

להלן פירוט החלקים:

1. עיבוד אותות ספרתיים Digital Signal Processing) DSP) - זהו לב ליבו של כרטיס הקול. זהו המעבד העיקרי של כרטיס הקול. כדי לחסוך בפעולתו של מעבד המחשב (CPU) יש לכרטיס הקול מעבד משלו.
2. ממיר מאנלוגי לדיגיטלי Analog to Digital Convertor) ADC) - רכיב זה אחראי להפוך נתונים אנלוגים לדיגיטלים. כאשר אנו משתמשים במיקרופון, המיקרופון מעביר נתונים אנלוגים. מאחר שהמחשב עובד על נתונים דיגיטלים, רכיב זה דואג לשינוי הדרוש.
3. ממיר מדיגיטלי לאנלוגי Digital to Analog Convertor) DAC) - רכיב זה אחראי להפוך נתונים דיגיטלים לאנלוגים. הקול המופק בכרטיס הקול הוא דיגיטלי. מאחר שכל אמצעי הפלט המפיקים קולות (כגון רמקולים או אוזניות) יכולים לקבל רק נתונים אנלוגים, רכיב זה דואג לשינוי הדרוש.
4. זיכרון לקריאה בלבד Read Only Memoty) ROM) - כמו ה-ROM במחשב כך גם לכרטיס הקול יש ROM. ההבדל בינם הוא במידע המאוחסן בכל אחד מהם. בכרטיס הקול מאוחסנים הוראות כיצד לטפל באות דיגיטלי.
5. שבב סינתוז FM Synthesis chip) FM) - שבב זה יכול ליצור צלילים של כלי נגינה שונים באמצעות אלגוריתם מתוחכם.
6. שבב סינתוז בעזרת טבלת גלים (Wave Table Synthesis) - זהו רכיב חומרה המאחסן צלילים של כלי נגינה שונים בגבהים שונים. כל הצלילים המאוחסנים בטבלת הגלים הוקלטו מכלי נגינה אמיתיים ונצרבו בטבלת הגלים. רכיב זה לא מפיק את הקולות ע"י אלגוריתם אלא מעביר הקלטה של כלי הנגינה עצמו.

ישנם שני סוגי פעילויות עיקריות לכרטיס הקול:

1. קולות בהתאם לאותות דיגיטליים (למשל קבצי WAV).
2. צלילים ע"פ הוראות (בעיקר קבצי MIDI).

קולות בהתאם לאותות דיגיטליים
הכוונה להקלטה והשמעה של קולות בדומה לרשם קול. ההבדל בין רשם קול לבין כרטיס קול הוא בעיקר בעובדה שכרטיס קול יכול לעבד את הקולות ולהוסיף השפעות בעת הקלטתם ובעת השמעתם.
- להלן השלבים להקלטת קול:

1. גלי קול אנלוגיים מגיעים ממיקרופון המחובר לכרטיס הקול.
2. גלי הקול מומרים תחילה באמצעות ה-ADC לאותות דיגיטליים.
3. גלי הקול הדיגיטליים נשלחים ל-DSP שמעבד אותם בהתאם להוראות המגיעות משבב ה-ROM של כרטיס הקול. מעבר להשפעות מסוימות שהוא יכול להוסיף, הוא גם דוחס את האותות כדי שיתפסו שטח אחסון קטן יותר על הדיסק הקשיח.
4. ה-DSP שולח את האות הדחוס לשמירה בדיסק הקשיח.

- להלן השלבים להשמעת קול:

1. תוכן של קובץ המכיל אותות קול נשלח ל-DSP.
2. ה-DSP מעבד את האותות בהתאם להוראות שהוא מקבל משבב ה-ROM. הוא פורס את הדחיסה ומוסיף השפעות כנדרש.
3. ה-DSP שולח את האותות הדיגיטליים ל-DAC שהופך אותם לאנלוגיים.
4. גלי הקול האנלוגיים עוברים לרמקולים או לאוזניות המחוברים לכרטיס הקול.

צלילים ע"פ הוראות
שטח האחסון הדרוש לקול אמיתי הוא גדול. פעמים רבות כאשר רוצים להשמיע מנגינה כלשהי אין צורך לאחסן את הקולות עצמם אלא הוראות כיצד לנגן את המנגינה. הוראות אלו תופשות לרוב נפח אחסון קטן בהרבה, אך לרוב איכות הצלילים פחות טובה. הפרוטוקול הכי נפוץ בימינו של הוראות כאלו נקרא Music Instrument Digital Interface) MIDI). הפרוטוקול מגדיר הוראות לתיאור מנגינות. ההוראות כוללות עבור כל תו במנגינה את גובה התו, כלי הנגינה, מתי התו מתחיל לנגן ובאיזה אורך, והשפעות רבות כגון הד, ורטט.
להלן השלבים ליצירת צלילים ע"פ הוראות:

1. תוכן של קובץ המכיל הוראות נשלח ל-DSP.
2. ה-DSP מקבל את ההוראות ודואג להפקת הצלילים. יש לו שתי דרכים לעשות זאת:
   • באמצעות שבב סינתוז FM. השבב מקבל מה-DSP את הצליל הדרוש בגובה המתאים ומכין את האות הדיגיטלי המתאים שמחקה את הצליל המתאים.
   • באמצעות טבלת הגלים. בטבלת הגלים יש דגימות דיגיטליות אמיתיות של כלי נגינה בגבהים שונים. אם אין את גובה הצליל המתאים, ה-DSP יקבל את הצליל הקרוב ביותר וישנה אותו בהתאם.
3. ה-DSP שולח את האותות הדיגיטליים הדרושים ל-DAC שהופך אותם לאנלוגיים.
4. גלי הקול האנלוגיים עוברים לרמקולים או לאוזניות המחוברים לכרטיס הקול.