בעבר היו שיטות התקשורת הסלולריות אנלוגיות. כך פעלה גם רשת פלאפון, הרשת הסלולרית הראשונה בארץ. שיטת השידור נקראה AMPS והיא הולכת ונעלמת מהעולם, בשל איכותה הירודה ואפשרויות ניצול רוחב הפס המוגבלות, וכן השרותים המוגבלים.

מערכות סלולריות דיגיטליות לעיתים מאופיינות ע"י סוג הגישה הטכנולוגית (TDMA או CDMA). הגישה הטכנולוגית קובעת באיזה אופן המידע הדיגיטלי יועבר אל ומהמערכת הסלולרית.

מערכות סלולר דיגיטליות יכולות באופן רגיל לשרת מספר מנויים על גבי ערוץ רדיו בודד באותו הזמן. על פי סוג המערכת, זה נע מ-3 עד ללמעלה מ-20 מנויים. על מנת לאפשר זאת, כמעט לכל מערכת סלולר דיגיטלית יש את אותם מאפיינים בסיסיים של הפיכת נתונים אנלוגיים לספרתיים ודחיסת אינפורמצית קול. הדבר מאפשר לחלק ערוץ רדיו בודד למספר תתי ערוצים (ערוצי תקשורת). כל ערוץ תקשורת יכול לשרת לקוח אחד.

כל מנוי אופיני משתמש ברשת הסלולרית למשך מספר דקות מצומצם ביום ולא מקיים "קו פתוח" עם הרשת. לכן מספר מנויים יכולים לחלוק אחד מערוצי התקשורת במהלך היום. ככלל, 32-20 מנויים יכולים לחלוק את אותו ערוץ תקשורת. למעשה אם לערוץ רדיו דיגיטלי יש 8 ערוצי תקשורת (תתי-ערוצים), אתר סלולרי עם 25 ערוצי רדיו יכול לתמוך בבין 4000 ל-6400 מנויים.

מערכות סלולר דיגיטליות משתמשות בשני סוגי מפתחות של תקשורת ערוצים, ערוצי בקרה (control) וערוצי קול (voice). ערוץ בקרה במערכת דיגיטלית הוא לרוב אחד מתתי הערוצים בערוץ הרדיו. עובדה זו מאפשרת למערכות דיגיטליות לשלב בין ערוץ בקרה לבין ערוץ קול אחד או יותר על גבי ערוץ רדיו בודד. הפיסה של ערוץ הרדיו שמוקדשת לערוץ בקרה מעבירה רק הודעות דיגיטליות ואותות שמרשים/מאשרים לטלפון הנייד להחליף מידע בקרתי ולהתמודד/להתחרות על הגישה לערוץ. שאר ערוצי התקשורת על גבי ערוץ הרדיו מעבירים נתוני מידע וקול.

הפעולות הבסיסיות של מערכת סלולר דיגיטלית כוללות: איתחול של הטלפון כאשר הוא מודלק, האזנה להודעות זימון/איתור (idle), נסיון להשיג גישה כשנדרש ומצב של שיחה.

כאשר טלפון נייד סלולרי מופעל בפעם בראשונה, הוא מאתחל את עצמו ע"י חיפוש (סריקה) קבוצת ערוצי בקרה ידועים מראש ואז מתכוונן לערוץ החזק מבינהם. במהלך שלב האיתחול, הוא מאזין להודעות שעוברות על ערוצי הבקרה בכדי למצוא את הגדרות המערכת ומידע על תצורתה.

בהשוואה למערכת אנלוגית, מערכות דיגיטליות בעלות יותר ערוצי תקשורת לצד ערוצי הבקרה, מאשר מערכות אנלוגיות. עובדה זו יכולה להשפיעה בכך שייקח בטלפונים הניידים יותר זמן לאתר ערוצי בקרה. על מנת לכוון טלפון נייד בצורה המהירה אל ערוץ בקרה פנוי, משתמשות מערכות דיגיטליות במספר שיטות. שיטות אלו כוללות שמירה במכשיר של המיקום של ערוץ הבקרה האחרון , טבלה של מיקומים אפשריים של ערוצי בקרה ומנגנון להצבעה על המיקום של כל אחד מערוצי הבקרה הפועלים.

לאחר שהטלפון הנייד הדיגיטלי אותחל, הוא נכנס למצב “idle” (מושבת מפעילות) בו הוא מחכה להיות מוזמן לשיחה נכנסת או למשתמש שיזום שיחה. כשמתחילה להתקבל שיחה או שיוזמים כזאת, הטלפון הנייד עובר למצב ה"גישה למערכת" על מנת לנסות לגשת למערכת דרך ערוץ הבקרה. כאשר הוא משיג גישה, ערוץ הבקרה שולח הודעה על הקצאת ערוץ תעבורה המהווה אינדיקציה על פתיחת ערוץ תקשורת. הערוץ הזה יכול להיות בחריץ זמן (time slot) שונה באותה התדירות או באותו חריץ זמן בתדירות שונה. בשלב זה הטלפון הדיגיטלי הנייד מתכוונן לערוץ התקשורת המוקצה ועובר למצב "שיחה". ברגע שהטלפון הנייד פועל על גבי ערוץ הקול הדיגיטלי, המערכת הדיגיטלית בדרך כלל משתמשת בסוג מסוים של אפנון לפי פאזה (phase modulation-PM) לשלוח ולקבל אינפורמציה דיגיטלית.

נסיון הטלפון הנייד לקבל שירות מהמערכת הסלולרית נקרא access - גישה. טלפונים ניידים דיגיטליים מתחרים על ערוץ הבקרה להשיג access מהמערכת הסלולרית. הנסיון להשגת גישה מתרחש כאשר מתקבלת פקודה ע"י הטלפון הנייד המעידה שהמערכת צריכה לספק שירות לטלפון נייד  זה (למשל הודעה המעידה על קבלת שיחה) או כתגובה לבקשה מהמשתמש ליזום שיחה. לרוב לטלפון ניידים דיגיטליים יש אפשרות לתת תוקף לזהותם ביתר בטיחות במהלך הגישה מאשר טלפון ניידים אנלוגיים. זה מתאפשר ע"י תהליך הנקרא אימות (authentication) - תהליך אימות ומידע סודי משותף בין הטלפון הנייד הדיגיטלי והמערכת הסלולרית. אם תהליך האימות הצליח, המערכת שולחת החוצה ערוץ שליחת הודעה המצווה על הטלפון הנייד לשנות לערוץ תקשורת חדש והשיחה יכולה להתחיל. אחרי שהטלפון הנייד מצווה לכוון לערוץ קול רדיו, הוא שולח קול או מידע בצורה דיגיטלית. מזמן לזמן הודעות בקרה יכולות להשלח בין תחנת הבסיסbase station) ) לבין הטלפון הנייד. הודעות בקרה יכולות להורות לטלפון הנייד להתאים את רמת ההספק, לשנות תדירויות או לבקש שירות מיוחד.